專利名稱：用于場(chǎng)發(fā)射器的基片、其制造方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，該基片制造方法及該基片應(yīng)用，特別是在計(jì)算機(jī)斷層造影中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于，極小的電流以及極小的機(jī)械穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，實(shí)現(xiàn)一種基于碳的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)的邊棱和很多頂尖，以便實(shí)現(xiàn)更高的電流以及實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)斷層造影等應(yīng)用的高真空中使用的場(chǎng)電子發(fā)射器的自穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間耐久性。本發(fā)明的一般認(rèn)知是，一方面排列的CNTs，像與本發(fā)明并列的第二個(gè)申請(qǐng)中所描述的那樣，另一方面展開的石墨烯或多層石墨(< 10石墨烯層)，S卩，帶有輕微傾斜的或部分地直立的發(fā)射器邊棱的石墨層狀結(jié)構(gòu)，以及特別是這兩個(gè)涂層的組合，均適合于在場(chǎng)發(fā)射器的高發(fā)射電流。因此，該技術(shù)問(wèn)題的解決方案以及本發(fā)明的內(nèi)容是一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，其中，該基片是導(dǎo)電的并且在該基片上涂覆了石墨烯層狀結(jié)構(gòu)，該石墨烯層狀結(jié)構(gòu)波狀地從涂層中突起或者以不同的角度豎立和/或部分地也被直立地設(shè)置。此外，本發(fā)明的內(nèi)容是通過(guò)涂覆分散體和之后的硬化制備這種基片的方法。最后，本發(fā)明的內(nèi)容是該基片在計(jì)算機(jī)斷層造影中的應(yīng)用。DE 10328342 B4公開了這種石墨層狀結(jié)構(gòu)的制備方法。就此，將這個(gè)在先申請(qǐng)的內(nèi)容作為本申請(qǐng)的公開的組成部分?，F(xiàn)有結(jié)果表明，不僅石墨層狀結(jié)構(gòu)而且CNT納米管單獨(dú)作為適合于場(chǎng)發(fā)射的涂層也顯示出了良好性能，并且特別是組合的CNT/石墨烯/混合系統(tǒng)具有的協(xié)同的性能曲線 (Eigenschaftsprofile)。使用CNT、石墨層狀結(jié)構(gòu)以及由此產(chǎn)生的混合系統(tǒng)不僅應(yīng)該提高發(fā)射器電性能，而且應(yīng)該提高發(fā)射器機(jī)械性能。石墨層狀結(jié)構(gòu)、石墨薄膜、石墨多層或多石墨烯層系統(tǒng)(這些概念在本文中被作為同義詞)，已經(jīng)由DE 10328342 B4公開。從熱還原石墨氧化物出發(fā)，單獨(dú)的石墨烯可以被分散。CNT和石墨層狀結(jié)構(gòu)(兩者均具有非常高的長(zhǎng)徑比)的性能是強(qiáng)烈的各向異性。通過(guò)建模已經(jīng)能顯示出，帶有CNTs的石墨層狀結(jié)構(gòu)可以拼合成柱狀的3D超結(jié)構(gòu)(“pillared graphene architectures”)，該3D超結(jié)構(gòu)在電的傳導(dǎo)能力方面具有協(xié)同作用(參考文獻(xiàn):Modeling of thermal transport inpi1lared-graphene architectures， Varshney Vikas ；Patnaik Soumya S ；Roy Ajit K ；Froudakis George ；Farmer Barry L ；Materials and Manufacturing Directorate，ACS nano (2010)，4(2)，1153-6)。通過(guò)CNT末端和石墨層狀結(jié)構(gòu)的官能化，可以進(jìn)一步的改善其性能
3(Electrically Conductive "Alkylated"Graphene Paper via Chemical Reductionof Amine-Functionalized Graphene Oxide Paper by Compton, Owen C. ；Dikin, Dmitriy Α. ；Putz, Karl W. ；Brinson, L. Catherine ；Nguyen, SonBinh, Departmentof Chemistry, Northwestern University 2145 Sheridan Road, Evanston, IL, USA ；.Advanced Materials(ffeinheim, Germany) (2010)，22(8)，892—896)。CNT-石墨層狀結(jié)構(gòu)混合系統(tǒng)結(jié)合了如圖1和2所示的長(zhǎng)的擴(kuò)展出來(lái)的邊棱和頂尖的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械不穩(wěn)定的CNT管被安置在石墨烯或多石墨層(< 10層)之間。谷狀的地形一方面保護(hù)了 CNTs，另一方面發(fā)射面最優(yōu)地通過(guò)交替的邊棱或?qū)舆?(由石墨烯或多石墨層構(gòu)成)和CNT頂尖來(lái)建立。在導(dǎo)電基片上可以直接通過(guò)水性分散體或混合聚合物的分散體來(lái)涂覆石墨層狀結(jié)構(gòu)。不過(guò)，為了改善機(jī)械穩(wěn)定性，也可以將石墨層狀結(jié)構(gòu)經(jīng)由石墨粘合劑層與導(dǎo)電基片相連接。優(yōu)選地，該石墨粘合劑也是良好導(dǎo)電的。該石墨烯/石墨粘合劑層是機(jī)械穩(wěn)定的，并且化學(xué)良好地連接在該金屬基片上。 為了真空應(yīng)用，可以將該系統(tǒng)加熱到> 400°C的溫度。為了之后在高真空中的使用，由石墨烯/石墨層狀結(jié)構(gòu)和CNT構(gòu)成的涂層可以經(jīng)熱烘烤。在此，所有低分子的化合物被消除。伸展的石墨層狀結(jié)構(gòu)和CNT的制造和涂覆方法如下石墨多層(層數(shù)< 10)在該層邊沿上具有本身為極性的官能團(tuán)。在水性溶劑或水性/醇性溶劑中在反應(yīng)性的石墨邊棱處，該石墨多層可以例如通過(guò)羧基(-C00H)或胺基(-Μ )進(jìn)一步化學(xué)官能化。通過(guò)石墨層狀結(jié)構(gòu)的官能性，能夠在極寬的范圍里調(diào)節(jié)在金屬表面的導(dǎo)電性和附著強(qiáng)度。利用通常的濕法化學(xué)的涂覆方法刮板、浸漬、澆注和噴灑，在正常條件下對(duì)該金屬基片進(jìn)行涂覆，然后在大約150-200°C下硬化該金屬基片。在此，產(chǎn)生帶有暴露的凸起層邊的波形表面形貌，該層邊帶有波峰和波谷，如圖3所示。通過(guò)帶有極性基團(tuán)的層邊的官能化，可以在該金屬基片上獲得較強(qiáng)的連接。該層狀結(jié)構(gòu)由單個(gè)的多石墨層狀結(jié)構(gòu)以及部分地也由石墨烯(單石墨層)構(gòu)成。在多石墨層分散體中，多壁或單壁的納米管也可以被引入并分散。通過(guò)自組裝的結(jié)構(gòu)化以及分散助劑在混合聚合物的分散體中的支持，在該分散中形成CNT/石墨/石墨混合涂層的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，CNTs由于由于高的范德瓦爾斯力沉積在該石墨/石墨烯的側(cè)邊上，或強(qiáng)力附著在該石墨多層狀結(jié)構(gòu)上。在石墨烯/石墨谷的保護(hù)下，CNTs另外還是機(jī)械上穩(wěn)定的。通過(guò)使用帶有部分排列的CNTs的谷和/或在該石墨/石墨烯的側(cè)邊的CNT陣列，發(fā)射器面被有效的使用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高的發(fā)射器電流。例如，CNTs可以通過(guò)羧基或胺官能化直接共價(jià)地與該立起的石墨烯或多石墨層 (< 10石墨烯)偶聯(lián)，并且因而可以在波峰方向排列。CNT管作為ID材料可以理想地與多石墨、石墨烯側(cè)邊或石墨烯面相適應(yīng)，并且由此獲得最大的機(jī)械保護(hù)。該排列的CNTs可以進(jìn)一步通過(guò)化學(xué)刻蝕得到傾斜的管端。石墨烯或石墨層狀結(jié)構(gòu)作為2D材料，例如能通過(guò)展開形成大的相連接的發(fā)射器邊棱和發(fā)射器峰。該機(jī)械穩(wěn)定性可以例如通過(guò)多層層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。


下面對(duì)照3個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明圖1示出了尖的管末端的一種示意性安排，圖2示出了在排列的多石墨層狀結(jié)構(gòu)或多石墨烯層狀結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)的發(fā)射器邊棱， 并且，圖3示出了帶有標(biāo)出CNTs的排列的石墨層狀結(jié)構(gòu)的表面形貌。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了在導(dǎo)電表面上的CNT叢林。可以看出CNTs的頂尖1。CNTs的優(yōu)點(diǎn)如下在數(shù)目眾多的CNT點(diǎn)源上能發(fā)射高的發(fā)射電流?？梢杂脤?dǎo)電的膠來(lái)促進(jìn)純CNTs在金屬表面上的附著(Haftimg)。純多石墨-粘合劑層兼有高的發(fā)射器電流、機(jī)械穩(wěn)定性以及可忽略的極少的低分子量成分的優(yōu)點(diǎn)，并且因此特別好地適合于高真
空應(yīng)用。圖2示出了石墨層狀結(jié)構(gòu)3，其中，石墨層如一張展開的紙、薄膜一樣地被設(shè)置在基片表面2上。該石墨層狀結(jié)構(gòu)示出了在長(zhǎng)的發(fā)射器邊棱6或石墨烯邊棱上的高的發(fā)射器電流。在該發(fā)射器邊棱6之間是如下的谷7，即，其中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式根據(jù)圖1安排 CNTs的頂尖。圖3示出了石墨層狀結(jié)構(gòu)4在一個(gè)基片上作為照片的形貌，其中，CNTsl的位置通過(guò)簡(jiǎn)單的線條圖5示出?？梢钥闯?，該CNT發(fā)射器頂尖被設(shè)置在谷7內(nèi)部，并且在該發(fā)射器邊棱或發(fā)射器峰(在該照片上亮的部分示出)6之間。本發(fā)明涉及以石墨層狀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的場(chǎng)發(fā)射器。通過(guò)本發(fā)明，首次獲得了一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，該基片利用了在該基片上立起并排列的“石墨峰(Graphitkamme )”， 以及利用了在導(dǎo)電的基片上的這些峰和在這些峰之間放置的CNTs的混合材料。本發(fā)明初次公開了石墨層狀結(jié)構(gòu)、石墨層狀結(jié)構(gòu)/CNT混合系統(tǒng)和它們?cè)趫?chǎng)發(fā)射器上的應(yīng)用的巨大潛力。該系統(tǒng)不但由于巨大的電承載能力，而且還由于機(jī)械的和化學(xué)的穩(wěn)定性以及通過(guò)有針對(duì)的衍生化(Derivatisierimg)帶來(lái)的應(yīng)用可能性而令人信服。本發(fā)明涉及一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片、該基片的制造方法以及該基片的應(yīng)用，特別是在計(jì)算機(jī)斷層造影上的應(yīng)用。該基片有一個(gè)帶有碳混合結(jié)構(gòu)的涂層，該碳混合結(jié)構(gòu)以同素異形的石墨、石墨烯和納米管為基礎(chǔ)。本發(fā)明涉及以石墨層狀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的場(chǎng)發(fā)射器。通過(guò)本發(fā)明，首次獲得了一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，該基片利用了基本上垂直地在該基片上立起并排列的“石墨峰”，以及利用了在導(dǎo)電的基片上的這些峰和在這種峰之間放置的CNTs的混合材料。
權(quán)利要求
1.一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，其中，該基片是導(dǎo)電的，并且在該基片上涂覆了石墨烯層狀結(jié)構(gòu)，該石墨烯層狀結(jié)構(gòu)波狀地從涂層中突起或者以不同的角度豎立和/或部分地也被直立地設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片，其在由展開的石墨層狀結(jié)構(gòu)形成的層狀結(jié)構(gòu)之間還具有在這些石墨層狀結(jié)構(gòu)之間的排列的CNTs。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的基片，其中，所述石墨烯層狀結(jié)構(gòu)由含有伸展的帶有多石墨粒子的石墨的分散體涂覆。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的基片，其中，所述石墨烯層狀結(jié)構(gòu)由含有伸展的帶有多石墨粒子的石墨和碳納米管的分散體涂覆。
5.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基片的導(dǎo)電涂層的方法，其中，使用通常的濕法化學(xué)涂覆方法如刮板、浸漬、澆注和噴灑，在正常條件下使用伸展的石墨的分散體涂覆所述基片，然后在大約150-200°C下硬化所述基片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述伸展的石墨在分散時(shí)還被化學(xué)地衍生化或官能化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基片在計(jì)算機(jī)斷層造影中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，該基片的制造方法及該基片的應(yīng)用，特別是在計(jì)算機(jī)斷層造影上的應(yīng)用。該基片具有一個(gè)帶有碳混合結(jié)構(gòu)的涂層，該碳混合結(jié)構(gòu)基于同素異形的石墨、石墨烯和納米管。本發(fā)明涉及基于石墨層狀結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射器。通過(guò)本發(fā)明，首次獲得一種用于場(chǎng)發(fā)射器的基片，該基片利用了基本上垂直地在該基片上立起并排列的“石墨峰”，以及利用了在導(dǎo)電的基片上的這些峰和在這些峰之間放置的CNTs的混合材料。
文檔編號(hào)H01J5/08GK102208307SQ20111007775
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者海因里?！げ虒幐?申請(qǐng)人:西門子公司