專利名稱：一種制備納米碳微粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米碳微粒的方法，該方法的產(chǎn)品納米碳微粒適于用來制備場發(fā)射器件的冷陰極，屬場發(fā)射器件的冷陰極制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
冷陰極將成為新一代平面顯示器、傳感器、冷光源和真空微電子器件等的關(guān)鍵部件。目前正進行開發(fā)的是采用碳基薄膜作為電子發(fā)射體的冷陰極，該陰極的結(jié)構(gòu)和制備過程要比傳統(tǒng)的錐尖型冷陰極簡單且成本低得多，碳基薄膜在發(fā)射電子時對采用該陰極的器件的真空度要求不高，從而大大降低了器件的制造成本。納米結(jié)構(gòu)的碳材料如碳納米管(carbon nanotube-CNT)和碳納米纖維(carbon nanofiber-CNF)是制造場發(fā)射器件中冷陰極的關(guān)鍵材料，此類材料不僅具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，還具有優(yōu)異的場發(fā)射性能，如很低的電子發(fā)射閾場和很高的發(fā)射電流密度，是理想的場發(fā)射冷陰極材料。因此被認為是金屬及硅錐尖型場發(fā)射陰極的最佳替代物，它不僅可以提高場發(fā)射平面顯示性能，而且可望大大降低顯示器的制造成本。這類納米結(jié)構(gòu)的碳材料通常采用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法制備，所制備的碳納米管或碳納米纖維的長度分布范圍很寬，介于幾十納米～幾百微米。采用適合于制備大面積顯示器件的薄膜工藝，即絲網(wǎng)印刷或壓印工藝是此類器件產(chǎn)品化、市場化的必然途徑。采用絲網(wǎng)印刷或壓印工藝制備的冷陰極，由于碳納米管或碳納米纖維本身長短不一，有較長的碳納米管或碳納米纖維突出在冷陰極表面的缺點。這樣的冷陰極工作時，在電場作用下，較長或較突出的碳納米管或碳納米纖維易于發(fā)射電子，這些碳納米管或碳納米纖維會因電流密度過大而被燒毀，使得冷陰極的場發(fā)射性能不穩(wěn)定，場發(fā)射均勻性也難以得到保證。簡言之，采用絲網(wǎng)印刷或壓印制備場發(fā)射器件的冷陰極時，對印刷冷陰極的漿料中的碳微粒的顆粒均勻性有較高的要求，背景技術(shù)所用的漿料中的碳微粒的顆粒均勻性遠未達到上述要求，使制備的冷陰極的場發(fā)射性能如均勻性、穩(wěn)定性、重復(fù)性等都較差，嚴重地影響到場發(fā)射器件的性能和應(yīng)用。
若采用定向生長的碳納米管或碳納米纖維作為場發(fā)射冷陰極，如專利(申請?zhí)?2159948.3，公開號CN1417829A)所述，碳納米管或碳納米纖維生長長度的一致性較難控制，大面積生長難以實現(xiàn)，且因直立的碳納米管或碳納米纖維密度過大，電子發(fā)射時空間電荷限制效應(yīng)明顯，使采用該冷陰極的場發(fā)射器件的性能變差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是推出一種制備納米碳微粒的方法。該方法的優(yōu)點是該方法能制備顆粒均勻的納米碳微粒，這樣的納米碳微粒適于用來制備具有優(yōu)越的性能的場發(fā)射冷陰極。該方法的產(chǎn)品納米碳微?？沙暑w粒均勻的粉末狀，特別適于用來配制碳基絲網(wǎng)印刷漿料，再用該漿料涂布碳基薄膜，作為場發(fā)射器件的冷陰極；該方法的產(chǎn)品納米碳微粒也可呈存于絲網(wǎng)印刷漿料內(nèi)的形式，這樣，該絲網(wǎng)印刷漿料就是碳基絲網(wǎng)印刷漿料，可直接用于涂布碳基薄膜，作為場發(fā)射器件的冷陰極。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是，以真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法制備所得的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉料為原料，通過高能球磨將原料研磨成顆粒均勻的產(chǎn)品，碳納米微粒，高能球磨為干磨或濕磨，干磨或濕磨對應(yīng)的產(chǎn)品分別呈粉末狀或漿狀。
現(xiàn)詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
一種制備納米碳微粒的方法，其特征在于，具體操作步驟包括第一步原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體作為原料；第二步 干法球磨將原料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為12～30∶25～50∶1，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和100～800轉(zhuǎn)/分的條件下進行干法球磨，時間為0.5～4小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)干法球磨處理的原料取出；第三步 清洗、過濾、揮發(fā)將經(jīng)第二步干法球磨處理后的原料與易揮發(fā)的有機溶劑混和成濾液，前者與后者的質(zhì)量比為1∶8～24，超聲清洗2～6分鐘，紗網(wǎng)過濾，濾去濾液中的大顆粒，揮發(fā)有機溶劑，得產(chǎn)品，納米碳微粒。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于，在第三步的“濾去濾液中的大顆?！迸c“揮發(fā)有機溶劑”之間，插入對濾液進行離心過濾的操作，時間為1～3分鐘。
以上方法制備的納米碳微粒，顆粒均勻性好，適于用來配制絲網(wǎng)印刷漿料。用這樣的漿料可制備均勻性、穩(wěn)定性、重復(fù)性優(yōu)越的冷陰極。
一種制備納米碳微粒的方法，其特征在于，具體操作步驟包括第一步 原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體作為原料；第二步 濕法球磨將原料、絲網(wǎng)印刷漿料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為12～30∶25～50∶1，原料與絲網(wǎng)印刷漿料的質(zhì)量比為1∶5～10，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和100～800轉(zhuǎn)/分的條件下進行濕法球磨，時間為0.5～4小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)濕法球磨處理的原料與絲網(wǎng)印刷漿料的混合漿料取出；第三步 清洗、過濾將經(jīng)第二步濕法球磨處理后的混合漿料經(jīng)超聲清洗，時間為2～6分鐘，再經(jīng)紗網(wǎng)過濾，濾去混合漿料中的大顆粒，得產(chǎn)品，納米碳微粒，產(chǎn)品存于混合漿料中。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于，在第三步的“濾去混合漿料中的大顆?！焙汀暗卯a(chǎn)品”之間，插入對混合漿料進行離心過濾的操作，離心過濾的時間為10～20分鐘。
以上方法制備的納米碳微粒存于混合漿料中，顆粒均勻性好，這樣的混合漿料就是碳基絲網(wǎng)印刷漿料，可直接用來制備均勻性、穩(wěn)定性、重復(fù)性優(yōu)越的冷陰極。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點1、工藝簡單，易于實施，制備成本低。
2、用本發(fā)明的方法制備的產(chǎn)品，具有優(yōu)良的場發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性，且產(chǎn)品重復(fù)性好。
具體實施例方式
現(xiàn)通過實施例詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。所有的實施例完全按照上述的制備方法的操作步驟進行操作。
實施例1 干法球磨制備納米碳微粒之一具體操作步驟包括第一步 原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體作為原料，原料的質(zhì)量為2g；第二步 干法球磨將原料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，球磨機為行星式球磨機，磨罐是鋼罐，磨球為鋼珠，大鋼珠和小鋼珠的質(zhì)量分別為4g和2g，大鋼珠和小鋼珠的數(shù)量分別是13和45顆，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為26∶45∶1，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和200轉(zhuǎn)/分鐘的條件下進行干法球磨，時間為2小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)干法球磨處理的原料取出；
第三步 清洗、過濾、揮發(fā)將經(jīng)第二步干法球磨處理后的原料與易揮發(fā)的有機溶劑混和成濾液，易揮發(fā)的有機溶劑是丙酮，丙酮的質(zhì)量為20g，超聲清洗5分鐘，紗網(wǎng)過濾，濾去濾液中的大顆粒，揮發(fā)丙酮，得產(chǎn)品，納米碳微粒，呈粉末狀。
實施例2 干法球磨制備納米碳微粒之二除以下不同外，其余的操作步驟均與實施例1的相同在實施例1的第三步的“濾去濾液中的大顆?！迸c“揮發(fā)丙酮”之間，插入對濾液進行離心過濾的操作將過濾得到的濾液放入離心機，離心過濾2分鐘。
以上兩個實施例制備的納米碳微粒顆粒均勻，呈粉末狀，特別適于用來配制碳基絲網(wǎng)印刷漿料，再用該漿料涂布碳基薄膜，制備均勻性、穩(wěn)定性、重復(fù)性優(yōu)越的冷陰極。
實施例3濕法球磨制備納米碳微粒之一具體操作步驟包括第一步 原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管和碳納米纖維按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體為原料，原料的質(zhì)量為3g；第二步 濕法球磨將原料、絲網(wǎng)印刷漿料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，球磨機為行星式球磨機，磨罐是瑪瑙罐，磨球為大、小瑪瑙珠，大瑪瑙珠和小瑪瑙珠的質(zhì)量分別為4g和2g，大瑪瑙珠和小瑪瑙珠的數(shù)量分別是12和45顆，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為16∶30∶1，絲網(wǎng)印刷漿料為18g，原料與絲網(wǎng)印刷漿料的質(zhì)量比為1∶6，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和600轉(zhuǎn)/分的條件下進行濕法球磨，時間為2.5小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)濕法球磨處理的原料與絲網(wǎng)印刷漿料的混合漿料取出；第三步 清洗、過濾將經(jīng)第二步濕法球磨處理后的混合漿料經(jīng)超聲清洗，時間為3分鐘，再經(jīng)紗網(wǎng)過濾，濾去混合漿料中的大顆粒，得產(chǎn)品，納米碳微粒，產(chǎn)品存于混合漿料中。
實施例4濕法球磨制備納米碳微粒之二除以下不同外，其余的操作步驟均與實施例3的相同在實施例3的第三步的“濾去混合漿料中的大顆粒”和“得產(chǎn)品”之間，插入對混合漿料進行離心過濾的操作，離心過濾的時間為15分鐘。
以上兩個實施例制備的納米碳微粒，顆粒均勻，存于混合漿料中，該漿料就是碳基絲網(wǎng)印刷漿料，可直接用于涂布碳基薄膜，制備均勻性、穩(wěn)定性、重復(fù)性優(yōu)越的冷陰極。
權(quán)利要求
1.一種制備納米碳微粒的方法，其特征在于，具體操作步驟包括第一步 原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體作為原料；第二步 干法球磨將原料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為12～30∶25～50∶1，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和100～800轉(zhuǎn)/分的條件下進行干法球磨，時間為0.5～4小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)干法球磨處理的原料取出；第三步 清洗、過濾、揮發(fā)將經(jīng)第二步干法球磨處理后的原料與易揮發(fā)的有機溶劑混和成濾液，前者與后者的質(zhì)量比為1∶8～24，超聲清洗2～6分鐘，紗網(wǎng)過濾，濾去濾液中的大顆粒，揮發(fā)有機溶劑，得產(chǎn)品，納米碳微粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米碳微粒的方法，其特征在于，在第三步的“濾去濾液中的大顆?！迸c“揮發(fā)有機溶劑”之間，插入對濾液進行離心過濾的操作，時間為1～3分鐘。
3.一種制備納米碳微粒的方法，其特征在于，具體操作步驟包括第一步 原料準備用真空電弧法或化學(xué)氣相沉積法所制備的碳納米管、碳納米纖維或兩者按任何質(zhì)量比例混和的混合粉體作為原料；第二步 濕法球磨將原料、絲網(wǎng)印刷漿料與大、小磨球放入球磨機的磨罐中，大磨球∶小磨球∶原料的質(zhì)量比為12～30∶25～50∶1，原料與絲網(wǎng)印刷漿料的質(zhì)量比為1∶5～10，在磨罐內(nèi)壓力和球磨機轉(zhuǎn)速分別為1個大氣壓和100～800轉(zhuǎn)/分的條件下進行濕法球磨，時間為0.5～4小時，自然降溫至室溫后，將經(jīng)濕法球磨處理的原料與絲網(wǎng)印刷漿料的混合漿料取出；第三步 清洗、過濾將經(jīng)第二步濕法球磨處理后的混合漿料經(jīng)超聲清洗，時間為2～6分鐘，再經(jīng)紗網(wǎng)過濾，濾去混合漿料中的大顆粒，得產(chǎn)品，納米碳微粒，產(chǎn)品存于混合漿料中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米碳微粒的方法，其特征在于，在第三步的“濾去混合漿料中的大顆?！焙汀暗卯a(chǎn)品”之間，插入對混合漿料進行離心過濾的操作，離心過濾的時間為10～20分鐘。
全文摘要
一種制備納米碳微粒的方法，屬場發(fā)射器件的冷陰極制備技術(shù)領(lǐng)域。以化學(xué)氣相沉積法或真空電弧法所制備的碳納米管或碳納米纖維為原料，先通過高能機械球磨處理，再將經(jīng)球磨處理的原料超聲清洗、濾網(wǎng)過濾、離心過濾，提高產(chǎn)品納米碳微粒的顆粒均勻性，產(chǎn)品納米碳微?？捎脕砼渲浦苽涓咝阅軋霭l(fā)射冷陰極的絲網(wǎng)印刷漿料。該方法有工藝簡單，易于實施，成本低，制備的產(chǎn)品顆粒均勻性好的優(yōu)點。
文檔編號B82B3/00GK1730386SQ20051002688
公開日2006年2月8日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者張哲娟, 孫卓 申請人:華東師范大學(xué)