一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明電光源領(lǐng)域，具體涉及一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體電光源是由氣體、金屬蒸氣或幾種氣體與金屬蒸氣的混合放電而發(fā)光，通過氣體放電將電能轉(zhuǎn)換為光的一種電光源。氣體放電的種類很多，用得較多的是輝光放電和弧光放電。輝光放電一般用于霓虹燈和指不燈。弧光放電可有很強(qiáng)的光輸出，照明光源都米用弧光放電。熒光燈、高壓汞燈、鈉燈和金屬鹵化物燈是應(yīng)用最多的照明用氣體電光源。氣體電光源的轉(zhuǎn)換效率高，電能供給穩(wěn)定，控制和使用方便，安全可靠，已成為民用和公共場所照明的主要光源。各種氣體電光源都由泡殼、電極和放電氣體構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)大同小異。泡殼與電極之間是真空氣密封接，泡殼內(nèi)充有放電氣體。在氣體電光源中，電極起著及其重要的作用。由于在點(diǎn)燈過程中，處于高溫下電極的蒸發(fā)和濺射使電子發(fā)射材料損失，電極腐蝕變形，燈泡也因電極材料在泡殼上沉積而發(fā)黑。所以可以說電極決定了燈的壽命。在實(shí)際燃點(diǎn)中，電極溫度從頂端到與放電管封接點(diǎn)，是一個由高到低的分布，頂端溫度最高。電極材料鎢的熔點(diǎn)是3650K，點(diǎn)燈過程中，過高的電極溫度會使電極腐蝕加重，使管壁過早發(fā)黑，進(jìn)而降低燈的光通維持率、降低燈的使用壽命；另一方面，電極溫度過低又不利于電子發(fā)射，造成離子轟擊加劇，電極濺射嚴(yán)重，同時(shí)，因?yàn)殁Q鎢電極在粉末冶金和壓延磨拋過程中會發(fā)生放射性污染在歐美一些國家已限制生產(chǎn)。因此如何進(jìn)一步增強(qiáng)氣體電光源的光效和延長使用壽命，解決氣體電光源電極的啟動電壓高，易濺射，腐蝕和放射性污染等問題，是氣體電光源發(fā)展期待解決的問題。
[0003]石墨烯(Graphene)的命名來自英文的graphite (石墨)+ -ene (烯類結(jié)尾)。它一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁 ?諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，而證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
[0004]石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時(shí)，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小，同時(shí)，石墨烯是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/ (πι.Κ)，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15 000 cm2 / (V.s)，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10_6Ω.cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度。石墨烯由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。尤其基于石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性能及二維平面結(jié)構(gòu)，其作為電極材料在儲能器件及光電器件等方面的應(yīng)用日益引起社會各界的廣泛關(guān)注。
[0005]石墨烯與石英具有很好的親和力，把石墨烯和光纖結(jié)合在一起，形成一種新的石墨烯電光纜，是解決目前電光纜處在問題的一條很好的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有氣體電光源電極存在的問題，實(shí)現(xiàn)氣體電光源電極長壽命易發(fā)射電子，降低啟動電壓等優(yōu)良性能。本發(fā)明提供一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案:一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，包括:鎢桿，鎢鈮合金引線，釷鎢合金絲，石墨烯薄膜層。其特征在于氣體電光源電極的主桿為鎢桿，鎢桿的一端連接鎢鈮合金引線，另一端纏繞釷鎢合金絲，在釷鎢合金絲及部分鎢桿上附著一層石墨烯薄膜層，進(jìn)一步的石墨烯薄膜層為1-20層，優(yōu)選的為10層。
[0007]優(yōu)選的釷鎢合金絲的釷鎢合金成分中，按重量百分比，鎢的含量為97-100%，釷的含量為0-2.7%。
[0008]優(yōu)選的釷鎢合金絲的直徑為0.1-lmm，釷鎢合金絲緊密的纏繞在鎢桿的一端，兩根合金絲之間距離為0.001-0.1mm。
[0009]優(yōu)選的優(yōu)選的釷鎢合金絲可以單獨(dú)纏繞為螺線管，螺線管的兩端纏繞在鎢桿上。
[0010]優(yōu)選的石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿上直接生長，在一定的石墨烯懸濁液中加入韋土鶴合金絲及鶴桿，經(jīng)超聲振湯，使石墨稀結(jié)晶生長在社鶴合金絲及鶴桿上。
[0011]優(yōu)選的石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿的生長方式，可以是無氧環(huán)境下熱化學(xué)氣象沉降法和等離子無氧化學(xué)氣象沉降法在釷鎢合金絲及鎢桿上生長石墨烯薄膜。
[0012]優(yōu)選的石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿的生長方式，可以是含碳的單質(zhì)或化合物可以粘附在釷鎢合金絲及鎢桿上或在釷鎢合金絲及鎢桿旁邊，通過氣化結(jié)晶的方式，使石墨烯薄膜生長在釷鎢合金絲及鎢桿上。
[0013]本發(fā)明的有益效果
1、由于采用了石墨烯作為電子發(fā)射體，大大降低了電極的觸發(fā)電壓，減少電極濺射。
[0014]2、采用石墨烯包裹釷鎢合金絲設(shè)計(jì)，大大加強(qiáng)了釷鎢合金絲的韌度和強(qiáng)度，延長了電極的使用壽命。
[0015]由于采用了上述技術(shù)方案，從而使本發(fā)明實(shí)解決傳統(tǒng)氣體電光源電極應(yīng)用的制約條件，石墨烯釷鎢有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電極高效，長壽命，安全可靠，有利于電光源事業(yè)的發(fā)展。
【附圖說明】
[0016]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]圖1、圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖:
1、鎢桿，2、鎢鈮合金引線，3、釷鎢合金絲，4、石墨烯薄膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹，一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法:鎢桿1，鎢鈮合金引線2，釷鎢合金絲3，石墨烯薄膜層4。其特征在于氣體電光源電極的主桿為鎢桿1，鎢桿1的一端連接鎢鈮合金引線2，另一端纏繞釷鎢合金絲3，在釷鎢合金絲3及部分鎢桿1上附著一層石墨烯薄膜層4，進(jìn)一步的石墨烯薄膜層4為1-20層，優(yōu)選的為10層。
[0019]優(yōu)選的釷鎢合金絲3的釷鎢合金成分中，按重量百分比，鎢的含量為97-100%，釷的含量為0-2.7%。
[0020]優(yōu)選的釷鎢合金絲3的直徑為0.1-lmm,釷鎢合金絲3緊密的纏繞在鎢桿1的一端，兩根合金絲3之間距離為0.001-0.1mm。
[0021]優(yōu)選的優(yōu)選的釷鎢合金絲3可以單獨(dú)纏繞為螺線管，螺線管的兩端纏繞在鎢桿1上。
[0022]實(shí)施例:選用一根已纏繞釷鎢合金絲3的鎢桿電極，在一定空間內(nèi)通過化學(xué)氣象沉降方式，使用甲烷等含碳?xì)怏w作為碳源，在1300-150(TC進(jìn)行石墨烯薄膜層4的生長，具體步驟如下，步驟一:釷鎢合金絲4及鎢桿1表面預(yù)處理，在800-100(TC和無氧情況下是釷鎢合金絲4及鎢桿1的表面產(chǎn)生合適的著碳位點(diǎn)，時(shí)間為10-30分鐘；步驟二:將產(chǎn)生著碳位點(diǎn)的釷鎢合金絲4及鎢桿1冷卻至100-200°C ;步驟三:把產(chǎn)生著碳位點(diǎn)的釷鎢合金絲4及鎢桿1再次升溫至1300-1500°C，并通入甲烷等含碳?xì)怏w，使甲烷等含碳?xì)怏w在高溫下分解，釋放碳原子，時(shí)間為30-120分鐘，慢慢地在釷鎢合金絲4及鎢桿1表面上生長石墨烯薄膜4 ;步驟四:緩慢降溫至室溫，取出表面生長有石墨烯薄膜4的釷鎢合金絲4及鎢桿1，把鎢桿1的另一端與鎢鈮合金引線2焊接起來，構(gòu)成整個氣體電光源電石墨烯電極。
[0023]上述實(shí)施例只是說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是讓本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的特點(diǎn)并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的實(shí)質(zhì)所進(jìn)行的等效變化或修飾，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鶴基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，包括:鶴桿，鶴鈮合金引線，社鶴合金絲，石墨烯薄膜層；其特征在于氣體電光源電極的主桿為鎢桿，鎢桿的一端連接鎢鈮合金引線，另一端纏繞釷鎢合金絲，在釷鎢合金絲及部分鎢桿上附著一層石墨烯薄膜層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于釷鎢合金絲及部分鎢桿上附著一層石墨烯薄膜層為1-20層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于釷鎢合金絲的釷鎢合金成分中，按重量百分比，鎢的含量為97-100%，釷的含量為0-2.7%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于釷鎢合金絲的直徑為0.1-lmm，釷鎢合金絲緊密的纏繞在鎢桿的一端，兩根合金絲之間距離為 0.001-0.1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于釷鎢合金絲可以單獨(dú)纏繞為螺線管，螺線管的兩端纏繞在鎢桿上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿上直接生長，在一定的石墨烯懸濁液中加入釷鎢合金絲及鎢桿，經(jīng)超聲振蕩，使石墨烯結(jié)晶生長在釷鎢合金絲及鎢桿上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿的生長方式，可以是無氧環(huán)境下熱化學(xué)氣象沉降法和等離子無氧化學(xué)氣象沉降法在釷鎢合金絲及鎢桿上生長石墨烯薄膜。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，其特征在于石墨烯薄膜在釷鎢合金絲及鎢桿的生長方式，可以是含碳的單質(zhì)或化合物可以粘附在釷鎢合金絲及鎢桿上或在釷鎢合金絲及鎢桿旁邊，通過氣化結(jié)晶的方式，使石墨烯薄膜生長在釷鎢合金絲及鎢桿上。
【專利摘要】一種鎢基石墨烯氣體電光源電極及制作方法，包括：鎢桿，鎢鈮合金引線，釷鎢合金絲，石墨烯薄膜層。其特征在于氣體電光源電極的主桿為鎢桿，鎢桿的一端連接鎢鈮合金引線，另一端纏繞釷鎢合金絲，在釷鎢合金絲及部分鎢桿上附著一層石墨烯薄膜層，進(jìn)一步的石墨烯薄膜層為1-20層，優(yōu)選的為10層。
【IPC分類】H01J9/02, H01J61/04
【公開號】CN105405738
【申請?zhí)枴緾N201410464006
【發(fā)明人】王干
【申請人】王干
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2014年9月13日