專利名稱：一種場發(fā)射元件及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射元件及其制備方法，尤其涉及一種采用碳納米管線制備場發(fā)射元件的方法。
背景技術：
碳納米管作為場發(fā)射電子源的研究是碳納米管應用研究中最為深入的研究領域之一。由于碳納米管具有極優(yōu)異的導電性能，及幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積越小，其局部電場越集中)，同時還具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度高以及導熱性能好等許多優(yōu)異特性，所以碳納米管是目前最理想的場發(fā)射材料之一。
目前制備碳管場發(fā)射元件的方法多為原位生長的方法或采用后處理的方法。其中，原位生長法先在基體上鍍上金屬催化劑，然后通過化學氣相沉積或電弧放電等方法在基體上直接生長出碳納米管，此種方法制備的碳納米管場發(fā)射元件中碳納米管與基體的結(jié)合力比較弱，在使用時碳納米管易脫落或被電場力拔出，從而導致發(fā)射體損壞。采用印刷等后處理的方法則不容易在不規(guī)則的表面制作碳管場發(fā)射元件。還有一種機械方法，通過機械手操縱合成好的碳納米管，將碳納米管用化學膠固定到基體上，此種方法程序簡單，但操作不容易且費時，特別是操縱直徑約1nm左右的碳納米管幾乎是不可能的。
有鑒于此，提供一種易于操作且碳納米管與基體結(jié)合牢固的場發(fā)射元件及其制備方法實為必要。

發(fā)明內(nèi)容下面將以實施例說明一種場發(fā)射元件及其制備方法，其具有碳納米管線與基體結(jié)合牢固、容易形成在各種表面且其制備方法簡單等特點。
一種場發(fā)射元件，其包括一基體，至少一根碳納米管線及一導電助劑。該碳納米管線纏繞在該基體表面，并通過該導電助劑的作用固定纏繞在該基體表面。
以及，一種場發(fā)射元件的制備方法，其包括以下步驟首先提供一基體，并將一導電助劑涂在該基體表面上；其后將至少一根碳納米管線纏繞在該基體表面；最后固化該導電助劑，則形成碳納米管線場發(fā)射元件。
與現(xiàn)有技術相比，所述場發(fā)射元件及其制備方法，通過在一基體上纏繞至少一根碳納米管線，并用導電助劑將所述碳納米管線粘結(jié)固定在該基體上的方式制備出場發(fā)射元件，其方法簡單、操作性強、且在不規(guī)則表面也能容易形成；而所得場發(fā)射元件的碳納米管線與基體之間結(jié)合牢固，在較大電場力作用下也不易被拔出或脫落。

圖1是本發(fā)明實施例的場發(fā)射元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例使用的碳納米管線的TEM(Transmission ElectronMicroscope)照片。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖將對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。
為增強可操作性，本實施例考慮采用具有宏觀尺度的碳納米管結(jié)構(gòu)。將碳納米管組裝成宏觀尺度的結(jié)構(gòu)對于碳納米管的宏觀應用具有重要意義。
范守善等人在Nature，2002，419801，Spinning Continuous CNT Yarns一文中揭露了從一個超順排碳納米管陣列中可以拉出一根連續(xù)的純碳納米管線，這種碳納米管線由很多平行的幾百納米直徑的細絲構(gòu)成，這些細絲由通過范德華力結(jié)合在一起的碳納米管組成。碳納米管線的直徑大小取決于其中的細絲的數(shù)目，其可以由拉出碳納米管線的工具的端部尺寸決定，端部越尖拉出的線越細。例如，從一個高度為100微米、面積為1平方厘米的超順排碳納米管陣列中可以拉出一根10米長、直徑為200微米的碳納米管線，從而使得對碳納米管進行宏觀操作成為可能。
如圖1所示，本實施例所提供的場發(fā)射元件1包括一基體10，至少一根碳納米管線12及一導電助劑14。其中，該碳納米管線12纏繞在該基體10表面，該導電助劑14用于固定纏繞在該基體10表面的碳納米管線12。
所述基體10可選用銅、鎳、鉬或其他金屬材料，也可以采用表面導電的物質(zhì)。該基體10形狀可為圓柱體、長方體、錐體或其他不規(guī)則的形狀，且直徑可根據(jù)實際需要而選定，優(yōu)選在幾十微米到幾毫米為佳。
所述一根碳納米管線12是由超順排碳納米管陣列拉出的碳納米管線，其包含有大量碳納米管，該一根碳納米管線12也可以是由超順排碳納米管陣列拉出的多根碳納米管線的組合，該碳納米管線12的直徑范圍在2～200微米為佳。
所述導電助劑14可選用導電漿料或?qū)щ娬辰Y(jié)劑等。該導電漿料是指含有金、銀、鈀、鎳或銅等導電物質(zhì)的導體漿料，可選用包括松油醇、乙級纖維素、銀粉或其他導電金屬粉、低熔點玻璃粉等成分的漿料。該導電粘結(jié)劑可選用導電的環(huán)氧樹脂、導電漆、導電高分子材料形成的粘結(jié)劑等。
下面將具體描述該場發(fā)射元件1的制備方法，其包括以下步驟(1)提供一基體10，并將導電助劑14涂在該基體10表面上。該基體10可選用如上所述的材料及形狀并保證其直徑在幾十微米到幾毫米的范圍內(nèi)。本實施例中選用圓柱狀細桿作為場發(fā)射元件1的基體10。該導電助劑14可選用上述材料，本實施例中選用上述包含松油醇、乙級纖維素、銀粉、低熔點玻璃粉等成分漿料作為導電助劑14，即在本實施例中將所述含有銀粉的導電助劑14均勻涂在該基體10表面上。
(2)將至少一根碳納米管線12纏繞在該基體10表面。該一根碳納米管線12是由超順排碳納米管陣列拉出的碳納米管線，其包含有大量碳納米管，該碳納米管線12的直徑范圍在2～200微米為佳。圖2為本實施例中使用的碳納米管線12的TEM照片，其直徑約為20微米。根據(jù)本實施例的技術方案，該基體10表面涂有含有銀粉的導電助劑14，以使該碳納米管線12能粘結(jié)在該基體10表面并保持固定狀態(tài)。
(3)固化該導電助劑14，形成碳納米管場發(fā)射元件1。上述導電漿料或?qū)щ姷沫h(huán)氧樹脂、導電漆等導電粘結(jié)劑均可采用加熱的方式進行固化。本實施例中通過加熱方法固化所使用的含有銀粉的導電助劑14，加熱固化后即可獲得碳納米管場發(fā)射元件1。
該制備方法中，為了增強所使用的碳納米管線12的機械性能，可以將該碳納米管線12事先浸泡到乙醇或丙酮等化學溶劑中，可使碳納米管線12因表面張力而收縮，從而使碳納米管之間的相互作用得到增強，提高機械性能。
進一步的，也可以采用摩擦等表面處理工藝，對上述制得的碳納米管場發(fā)射元件1進行處理，使得碳納米管能夠露出尖端，從而提高場發(fā)射元件的發(fā)射性能。
本發(fā)明實施例所提供的場發(fā)射元件及其制備方法，其通過將碳納米管線纏繞在基體表面的方式制得兩者結(jié)合牢固的場發(fā)射元件，其制備方法簡單、并容易形成在各種表面。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，如適當變化基體的形狀及其直徑、碳納米管線的直徑，或改變導電助劑的種類及對應的其它固化方法等，只要其不偏離本發(fā)明的實施效果即可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍的內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射元件，包括一基體、一根碳納米管線及一導電助劑，其特征在于該碳納米管線纏繞在該基體表面，該導電助劑用于固定纏繞在該基體表面的碳納米管線。
2.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述碳納米管線的直徑為2～200微米。
3.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述導電助劑包括導電漿料、導電粘結(jié)劑。
4.如權(quán)利要求3所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述導電漿料的成分包括松油醇、乙級纖維素、銀粉或其他導電金屬粉、低熔點玻璃粉。
5.如權(quán)利要求3所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述的導電粘結(jié)劑包括導電的環(huán)氧樹脂、導電漆、導電高分子材料形成的粘結(jié)劑。
6.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述基體為一細桿。
7.如權(quán)利要求6所述的場發(fā)射元件，其特征在于所述細桿的直徑范圍是幾十微米到幾毫米。
8.一種場發(fā)射元件的制備方法，其包括以下步驟提供一基體；將導電助劑涂在該基體表面上；將至少一根碳納米管線纏繞在該基體表面；固化所述導電助劑，形成碳納米管線場發(fā)射元件。
9.如權(quán)利要求8所述場發(fā)射元件的制備方法，該方法包括將纏繞前的碳納米管線浸泡到化學溶劑中的步驟，以使碳納米管線收縮。
10.如權(quán)利要求9所述場發(fā)射元件的制備方法，其特征在于所述化學溶劑包括乙醇、丙酮。
11.如權(quán)利要求8所述場發(fā)射元件的制備方法，該方法進一步包括對場發(fā)射元件進行表面處理的步驟，以使碳納米管線露出尖端。
12.如權(quán)利要求8所述場發(fā)射元件的制備方法，其特征在于所述碳納米管線的直徑為2～200微米。
13.如權(quán)利要求8所述場發(fā)射元件的制備方法，其特征在于所述導電助劑包括導電漿料、導電粘結(jié)劑。
14.如權(quán)利要求13所述場發(fā)射元件的制備方法，其特征在于所述導電漿料的成分包括松油醇、乙級纖維素、銀粉其他導電金屬粉、低熔點玻璃粉。
15.如權(quán)利要求13所述場發(fā)射元件的制備方法，其特征在于所述的導電粘結(jié)劑包括導電的環(huán)氧樹脂、導電漆、導電高分子材料形成的粘結(jié)劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場發(fā)射元件，其包括一基體，至少一根碳納米管線及一導電助劑。該碳納米管線纏繞在該基體表面，并通過該導電助劑的作用固定纏繞在該基體表面。該種場發(fā)射元件其的碳納米管線與基體之間結(jié)合牢固，在較大電場力作用下也不易被拔出或脫落。本發(fā)明還提供該種場發(fā)射元件的制備方法。
文檔編號H01J9/02GK1959911SQ200510101028
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者姜開利, 柳鵬, 魏洋, 張曉波, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司