專利名稱：使用納米線陣列制造場發(fā)射電極的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造場發(fā)射電極的方法，其中納米線根據(jù)產生的電 磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度進行排列。更 具體地，本發(fā)明涉及一種制造場發(fā)射電極的方法，該電極具有根據(jù)產生 的電磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度進行排列 的納米線，所述方法包括以下步驟將納米線溶解在溶劑中，將得到的 溶液分散到固定在電磁場發(fā)生器上部的襯底上，并固定沿著電磁場發(fā)生 器產生的電磁場方向排列的納米線。
背景技術：
通常，場發(fā)射裝置是基于真空中電子發(fā)射的光源并意指根據(jù)微粒發(fā) 射的電子經(jīng)強電場加速而撞擊熒光材料的原理而發(fā)光的部件。上述場發(fā) 射裝置與傳統(tǒng)照明光源如白熾燈相比，具有例如優(yōu)異的發(fā)光效率等優(yōu)點， 并具有實現(xiàn)輕質和緊湊的性能，另外由于不像熒光燈一樣使用重金屬， 所以是環(huán)保的。因此，作為適用于各種照明領域和顯示設備中的下一代 光源，它受到了廣泛關注。
場發(fā)射裝置的性能顯著依賴于發(fā)射電極發(fā)射電場的能力。最近，具 有縱橫比(長度/直徑)大于幾千的性能的納米線已經(jīng)活躍地用作具有優(yōu) 良的電子發(fā)射特性的發(fā)射電極用電子發(fā)射材料。
將所述納米線用于場發(fā)射電極的方法可以分成兩類，即使用化學氣 相沉積的薄膜工藝和使用絲網(wǎng)印刷的厚膜工藝。然而，這些工藝存在問題，也就是說，薄膜工藝的優(yōu)點在于，通過在襯底上直接生長膜，該工 藝變得簡單，但當需要大型顯示器時就會發(fā)生問題，特別地，下面是主 要問題膜生長過程中玻璃襯底的不均勻溫度、變形和長度控制以及生
長金屬電極時的溫度引起的剝落。同時，厚膜工藝使用數(shù)pm到數(shù)十pm 的導電金屬(例如Ag、 Mo、 W和Mo/Mn),通過涂覆或漿化它們，能 容易地用于大型的場發(fā)射陣列，但存在的問題在于，該工藝是復雜的， 且難以保證對于顯示過程來說重要的真空狀態(tài)，因為在真空狀態(tài)下包含 在漿糊中的有機材料會放出氣體。
因此，迫切需要研制一種制造場發(fā)射電極的方法，該電極使用了簡 單的制造工藝且其中納米線大范圍、高密度地以特定方向進行排列。
因此，本發(fā)明人進行了大量的工作來解決現(xiàn)有方法中存在的排列納 米線的問題。結果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當在固定于電磁場發(fā)生器上部的襯 底上排列納米線然后使用金屬固定時，能夠制造出大面積的具有高密度 排列的納米線的場發(fā)射電極，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良場發(fā)射性能的場發(fā)射電 極以及其制造方法，其中大面積的高密度排列的納米線用金屬固定在襯 底上。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制造場發(fā)射電極的方法，所 述場發(fā)射電極包括根據(jù)磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間 的任何角度排列的納米線，所述方法包括以下步驟(a)將納米線或結 合磁性粒子的納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液分散到固定于磁場 發(fā)生器上部的襯底上；(b)在磁場發(fā)生器產生的磁場中，通過從分散到
襯底上的溶液中蒸發(fā)有機溶劑來根據(jù)磁場的方向水平地、垂直地或者以
水平和垂直之間的任何角度排列納米線；和(C)在襯底上沉積金屬，以便根據(jù)產生的磁場的方向使水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角 度排列的納米線即使在無磁場的情況下也被固定在排列方向上。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種制造包含有根據(jù)電場方向水平地、 垂直地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線的場發(fā)射電極的方 法，所述方法包括以下步驟(a)將納米線溶解在有機溶劑中而形成的 溶液分散到固定于電場發(fā)生器上部的襯底上；(b)在電場發(fā)生器產生的電 場中，通過從分散到襯底上的溶液中蒸發(fā)有機溶劑來根據(jù)產生的電場的 方向水平地、垂直地或者以任何角度將納米線排列在襯底上；以及(C) 在襯底上沉積金屬，以便根據(jù)產生的電場的方向使水平地、垂直地或以 任何角度排列的納米線即使在無電場的情況下也被固定在排列方向上。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種通過所述方法制造的場發(fā)射電極， 該電極在沉積金屬的襯底包含有根據(jù)磁場方向水平地、垂直地或以水平 和垂直之間的任何角度排列的結合磁性粒子的納米線。
根據(jù)以下的詳細說明和附加的權利要求能夠更清楚的理解本發(fā)明的 上述和其他目的、特征和實施方式。
具體實施例方式
納米線通常是納米尺寸(nm:l(r9m)的材料，它們具有源自表面上 的化學反應和表面上的缺陷的光學性能，并由于表面對質量的比率大而 具有優(yōu)良的電導和熱導性。因此，可制造出具有包括陣列的優(yōu)良金屬納 米線的場發(fā)射電極。
一個方面，本發(fā)明涉及一種制造包含有根據(jù)磁場方向水平地、垂直 地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線的場發(fā)射電極的方法， 所述方法包括以下步驟(a)將納米線或結合磁性粒子的納米線溶解在 有機溶劑中而形成的溶液分散到固定于磁場發(fā)生器上部的襯底上；(b) 在磁場發(fā)生器產生的磁場中，通過從分散到襯底上的溶液中蒸發(fā)有機溶劑來根據(jù)磁場的方向水平地、垂直地或者以水平和垂直之間的任何角度 將納米線排列在襯底上；和(c)在襯底上沉積金屬，以便根據(jù)產生的磁場 的方向使水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線 即使在無磁場的情況下也被固定在排列方向上。
利用自組裝超分子的六角形和立方體納米結構通過以下方法來制造 納米線，該方法中，將金屬離子結合到具有功能團的能夠自組裝的超分 子上，以制備超分子和金屬離子的復合物，然后在襯底上形成其復合薄 膜，其中，有機分子通過自組裝優(yōu)選具有圓柱形結構。
在本發(fā)明中，結合磁性粒子的納米線優(yōu)選通過使用物理-化學方法將 磁性粒子結合到納米線上而獲得，該物理-化學方法優(yōu)選選自由用酸處理 納米線的方法、磁性粒子經(jīng)受還原反應的方法和將磁性粒子鍍在納米線 上的方法所組成的組中。本發(fā)明中，磁性粒子優(yōu)選是含鐵(Fe)的粒子。
另一方面，本發(fā)明涉及一種制造包含有根據(jù)電場方向水平地、垂直 地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線的場發(fā)射電極的方法， 所述方法包括以下步驟(a)將納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液 分散到固定于電場發(fā)生器上部的襯底上；(b)在電場發(fā)生器產生的電場中， 通過從分散到襯底上的溶液中蒸發(fā)有機溶劑來根據(jù)產生的電場的方向水 平地、垂直地或者以任何角度將納米線排列在襯底上；以及(c)在襯底 上沉積金屬，以便根據(jù)產生的電場的方向使水平地、垂直地或以任何角 度排列的納米線即使在無電場的情況下也被固定在排列方向上。
本發(fā)明中，步驟(a)中的電場發(fā)生器優(yōu)選是電場，電場優(yōu)選具有 l~50V/mm的強度。
本發(fā)明中，步驟(a)優(yōu)選另外包括加入溶劑分散助劑，該溶劑分散 助劑優(yōu)選選自由有機溶劑TOAB(四辛基溴化銨)和表面活性劑Triton X-100以及SDS(十二垸基磺酸鈉)所組成的組中。
本發(fā)明中，將納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液分散到固定于電場發(fā)生器上部的襯底上的步驟(a)，優(yōu)選使用選自由旋涂法、噴涂法、 浸涂法和噴墨法所組成的組中的方法來實施，步驟(a)和(b)優(yōu)選重 復5-1000次以提高納米線的密度。
本發(fā)明中，步驟(a)中的溶劑優(yōu)選選自由水(H20)、 二甲基甲酰胺 (DMF)、 N-甲基-2-卩比咯烷酮(NMP)、 二甲基乙酰胺(DMAc)、環(huán)己酮、乙 醇、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯苯和乙醚所組成的組中，步驟(a)中的 襯底選自由氧化銦錫(ITO)玻璃、玻璃、石英、玻璃晶片、硅片、應用 二氧化硅、塑料和透明聚合物所組成的組中。
本發(fā)明中，步驟(a)中的納米分散液中的納米線濃度優(yōu)選為0.01-1.0 wt%，步驟(b)中的溶劑優(yōu)選通過加熱溶液到50-15(TC的溫度而除去。
本發(fā)明中，步驟(a)中分散在襯底上的納米線的量優(yōu)選為 lpg/cm2-lg/cm2 (每單位面積上納米線的量)，步驟(c)中的金屬優(yōu)選沉 積到l-5000nm的厚度。
本發(fā)明中，步驟(c)中的金屬優(yōu)選選自由鈦(Ti)、鉬(Mo)、金(Au)、 銀(Ag)、鋁(A1)、鈣(Ca)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鋅(Zn)和銅(Cu) 所組成的組中。
又一方面，本發(fā)明涉及一種通過所述方法制造的場發(fā)射電極，該電 極在沉積金屬的襯底包含有根據(jù)磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂 直之間的任何角度排列的結合磁性粒子的納米線。
制造場發(fā)射電極的方法將通過五個步驟進行詳細說明。
步驟l:制備納米線
本發(fā)明中的納米線使用六邊形和立方體納米結構的自組裝超分子通 過以下方法來制造，該方法中，將金屬離子結合到具有功能團的能夠自 組裝的超分子上，以制備超分子和金屬離子的復合物，然后在襯底上形成其復合薄膜，接著熱處理并還原，使得有機分子通過自組裝具有圓柱 形結構。
步驟2:將磁性粒子結合到納米線上
為了將磁性粒子結合到步驟1中制備的納米線上，將三氯化鐵
(FeCl3)、 氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵(Fe203)和四氧化三鐵(Fe304)添加到乙 醇、蒸餾水和己烷的混合物中并加熱以制備鐵-油酸鹽復合物。將制備的 鐵-油酸鹽復合物與油酸和二甲基甲酰胺(DMF)混合，并將步驟1中制 備的納米線加入到混合物中。將其中包含添加的納米線的混合物完全溶 解在l-十八烯中，然后加熱，將溶劑從混合物中蒸發(fā)出來。用乙醇將剩 余的材料清洗3-4次，從而制備出上面結合磁性粒子的納米線。
步驟3:將結合磁性粒子的納米線分散到襯底上
步驟2中制備的結合磁性粒子的納米線溶解在選自由二甲基甲酰胺 (DMF)、 N-甲基-2-P比咯垸酮(NMP)、 二甲基乙酰胺(DMAc)、環(huán)己酮、乙 醇、氯苯、1,2-二氯苯和氯仿所組成的組中的至少一種溶劑中。然后，將 結合磁性粒子的納米線的分散液以0.01 0.5wtM的量滴加到固定于具有 磁場的磁鐵上部的氧化銦錫(ITO)玻璃襯底上,并使溶劑蒸發(fā)。
步驟4:提高襯底上結合磁性粒子的納米線的密度 在溶劑全部蒸發(fā)完的步驟3中制備的氧化銦錫(ITO)玻璃襯底上， 滴加1-2滴溶解在溶劑中的結合磁性粒子的納米線分散液，然后使溶劑 在高溫環(huán)境下蒸發(fā)。為了提高結合磁性粒子的納米線的密度，可以重復 上述步驟5-20次。通過這樣做，根據(jù)上述方法制備的結合磁性粒子的納 米線排列在由磁鐵產生的磁場方向上。步驟5:將結合磁性粒子的納米線固定在襯底上
為了使步驟4中通過磁場使水平地、垂直地或以水平和垂直之間的 任何角度排列的納米線即使在無磁場的情況下也排列在排列方向上，將
選自由鈦(Ti)、鉬(Mo)、金(Au)、鋁(A1)、鈣(Ca)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、 鉑(Pt)、鋅(Zn)和銅(Cu)所組成的組中的金屬沉積在襯底上，從而制造出 純凈的場發(fā)射電極。
上述說明中，僅僅詳細說明了包括使用磁鐵作為電磁場發(fā)生器并通 過上面結合磁性粒子來排列納米線的方法。然而，通過上述說明，電場 發(fā)生器為電場，且場發(fā)射電極通過向納米線溶液中添加表面活性劑在襯 底上排列納米線而制造，或者通過在固定到電磁場發(fā)生器上部的基材上 排列純納米線而制造。
工業(yè)實用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)產生的電磁場的方向水平地、垂直地 或以水平和垂直之間的任何角度在大面積上排列的高密度納米線的固有
性能和高場發(fā)射效應可用于制造場發(fā)射效應大大提高的場發(fā)射電極。根 據(jù)本發(fā)明的方法制造的場發(fā)射電極能夠用作顯示器用場發(fā)射電極，也能 用在應用場發(fā)射現(xiàn)象的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM) 中。
盡管參照特定的示例性實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不 受實施方式的限制，僅由附加的權利要求進行限定。可以理解的是，本 領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的保護范圍和精神實質下，可以對實施 方式進行各種變化和修改。
權利要求
1、一種制造場發(fā)射電極的方法，所述電極包括根據(jù)磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線，所述方法包括以下步驟(a)將納米線或結合磁性粒子的納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液分散到固定在磁場發(fā)生器上部的襯底上；(b)在磁場發(fā)生器產生的磁場中，通過從分散到襯底上的溶液中蒸發(fā)有機溶劑來根據(jù)磁場的方向水平地、垂直地或者以水平和垂直之間的任何角度將納米線排列在襯底上；和(c)在襯底上沉積金屬，以便根據(jù)產生的磁場的方向使水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線即使在無磁場的情況下也被固定在排列方向上。
2、 根據(jù)權利要求l所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，所 述結合磁性粒子的納米線通過使用物理-化學方法將磁性粒子結合到納 米線上而獲得。
3、 根據(jù)權利要求2所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，所 述物理-化學方法選自由用酸處理納米線的方法、磁性粒子經(jīng)受還原反應 的方法和將磁性粒子鍍在納米線上的方法所組成的組中。
4、 根據(jù)權利要求l-3任一項所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征 在于磁性粒子是含鐵的粒子。
5、 一種制造場發(fā)射電極的方法，所述電極包含有根據(jù)電場方向水平 地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度排列的納米線，所述方法包 括以下步驟(a)將納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液分散到固定在電場發(fā)生器上部的襯底上；(b)在電場發(fā)生器產生的電場中，通過從分散到襯底上的溶液中蒸發(fā) 有機溶劑來根據(jù)產生的電場的方向水平地、垂直地或者以任何角度將納 米線排列在襯底上；以及(C)在襯底上沉積金屬，以便根據(jù)產生的電場的方向使水平地、垂直 地或以任何角度排列的納米線即使在無電場的情況下也被固定在排列方 向上。
6、 根據(jù)權利要求5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，步 驟(a)中的電場發(fā)生器是電場。
7、 根據(jù)權利要求6所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，電 場具有l(wèi)~50V/mm的強度。
8、 根據(jù)權利要求5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，步 驟(a)還包括加入溶劑分散助劑。
9、 根據(jù)權利要求8所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在于，溶 劑分散助劑選自由有機溶劑四辛基溴化銨和表面活性劑Triton X-100以 及十二烷基磺酸鈉所組成的組中。
10、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，將納米線溶解在有機溶劑中而形成的溶液分散到固定在電場發(fā)生器 上部的襯底上的步驟(a)，使用選自由旋涂法、噴涂法、浸涂法和噴墨 法所組成的組中的方法來實施。
11、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(a)和(b)重復5-1000次以增加納米線的密度。
12、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(a)中的溶劑優(yōu)選選自由水、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、 二甲基乙酰胺、環(huán)己酮、乙醇、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯苯和乙醚所組 成的組中。
13、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(a)中的襯底選自由氧化銦錫玻璃、玻璃、石英、玻璃晶片、 硅片、應用二氧化硅、塑料和透明聚合物所組成的組中。
14、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(a)中的納米線分散液的濃度為0.01-1.0 wt%。
15、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(b)中的溶劑通過將溶液加熱到50-150'C的溫度而除去。
16、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(a)中分散在襯底上的納米線的量為lpg/cm、lg/cm2。
17、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(c)中的金屬沉積到l-5000nm的厚度。
18、 根據(jù)權利要求1或5所述的制造場發(fā)射電極的方法，其特征在 于，步驟(c)中的金屬選自由鈦、鉬、金、銀、鋁、鈣、鎘、鐵、鎳、 鉑、鋅和銅所組成的組中。
19、 一種通過權利要求l-18任一項所述的方法制造的場發(fā)射電極， 該電極在沉積金屬的襯底上包含有根據(jù)磁場方向水平地、垂直地或以水 平和垂直之間的任何角度排列的結合磁性粒子的納米線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造場發(fā)射電極的方法，電極中納米線根據(jù)產生的電磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度進行排列。更具體地，本發(fā)明涉及一種制造場發(fā)射電極的方法，該電極具有根據(jù)產生的電磁場方向水平地、垂直地或以水平和垂直之間的任何角度進行排列的納米線，所述方法包括以下步驟將納米線溶解在溶劑中，將得到的溶液分散到固定在電磁場發(fā)生器上部的襯底上，并固定沿著電磁場發(fā)生器產生的電磁場方向排列的納米線。根據(jù)本發(fā)明，具有根據(jù)產生的電磁場方向排列的高密度納米線的大容量場發(fā)射電極能夠通過簡單的工藝進行制造并且納米線可作為陽極材料用于場發(fā)射顯示器(FEDs)、傳感器、電極、背光源等。
文檔編號H01J1/30GK101523541SQ200780037455
公開日2009年9月2日 申請日期2007年7月25日 優(yōu)先權日2006年8月8日
發(fā)明者尹相天, 鄭熙泰, 高永寬 申請人:韓國科學技術院