CN101110308B - 场发射阴极的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种场发射阴极的制造方法，包括：提供在基底上生长的碳纳米管阵列；配置聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液；将半聚合溶液倒入装有碳纳米管阵列的容器内，放置30分钟以上；将容器固定在转速为每分钟200～600转的旋转台上旋转，去除覆盖在碳纳米管阵列上端部的聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料，从而形成初步聚合的薄膜；将初步聚合的薄膜加热至50℃～60℃继续聚合1小时～4小时，再加热至90℃～100℃形成完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；以及将完全聚合的薄膜于水中浸泡约5分钟以上，该薄膜从基底上脱落，将其放置在导电电极上从而形成场发射阴极。

Description

场发射阴极的制造方法 
技术领域
本发明涉及一种场发射阴极的制造方法，尤其涉及包含碳纳米管阵列的场发射阴极的制造方法。 
背景技术
碳纳米管是九十年代初才发现的一种新型一维纳米材料，其具有优良的综合力学性能，如高弹性模量、高杨氏模量和低密度，以及优异的电学性能、热学性能和吸附性能。随着碳纳米管螺旋方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性质。由于碳纳米管具有理想的一维结构以及在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、化学、物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景，而形成在导电基底上的碳纳米管阵列因其中的碳纳米管排列整齐有序，更广泛应用在场发射显示技术中以作为场发射显示装置的场发射阴极。 
目前形成包含碳纳米管的场发射阴极的制造方法主要包括：提供一个硅或二氧化硅基底；在基底上形成导电电极；在导电电极上形成催化剂层；将基底放置在空气中，300℃～500℃下热处理10分钟～12小时，催化剂层经退火后形成氧化颗粒；将基底放置在反应装置中，通入保护气体，在保护气体的保护下加热至400℃～750℃；以及，通入碳源气与保护气体的混合气体，加热至400℃～750℃反应0.5分钟～2小时生长出碳纳米管阵列从而形成场发射阴极。 
上述方法制造的场发射阴极在实际应用中，各碳纳米管之间需设置绝缘层从而阻绝各碳纳米管之间的电磁屏蔽，但是，该绝缘层的制造方法较为复杂，不利于大量应用在场发射阴极的产品中。另外，上述方法制造的场发射阴极的韧性和柔软度较差，因此不适于具有折叠显示器的产品。 
综上所述，确有必要提供一种克服以上缺点的场发射阴极的制造方法。 
发明内容
下面将以实施例说明一种场发射阴极的制造方法，采用该方法制造的场发射阴极中碳纳米管之间的电磁屏蔽被有效阻绝且具有双面导电性能，适于大量应用于场发射阴极的产品中；另外，该场发射阴极具有较好的韧性和柔软度，可以自由弯曲，因此适于折叠显示器等产品中。 
一种场发射阴极的制造方法，包括： 
提供在基底上生长的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的高度为10微米～1000微米； 
配置聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液； 
将制成的聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液倒入装有碳纳米管阵列的容器内，放置30分钟以上使该聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液充分填充碳纳米管阵列的间隙； 
将覆盖有聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液的碳纳米管阵列固定在旋转台上，以每分钟200～600转的速度使旋转台旋转，在离心力的作用下去除覆盖在碳纳米管阵列上端部的聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液，从而使碳纳米管阵列的上端部伸出聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液的上表面以形成初步聚合的薄膜； 
将初步聚合的薄膜加热至50℃～60℃继续聚合1小时～4小时，然后加热至90℃～100℃形成完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；以及 
将完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜于水中浸泡5分钟以上，完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜从基底上脱落，将完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜放置在导电电极上从而形成场发射阴极。 
与现有技术相比，本发明的场发射阴极的制造方法所得到的场发射阴极由碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜和导电电极形成，该碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜具有较好的韧性和柔软度，可以自由弯曲，因此适于折叠显示器等产品中；另外，该碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中碳纳米管的上端部与下端边缘均露出聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料的上、下表面从而使其具有双面导电性能，并且聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料紧密填充在碳纳米管之间，该碳纳米管之间的电磁屏蔽能被有效阻绝，因此，适于大量应用于场发射阴极的产品中。 
附图说明
图1是本发明实施例场发射阴极的制造方法的流程示意图。 
图2是图1中场发射阴极的制造方法所得的场发射阴极的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的剖视结构示意图。 
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明实施例场发射阴极的制造方法。 
请参阅图1，本发明实施例场发射阴极的制造方法主要包括以下几个步骤： 
(一)提供在基底上生长的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的高度为10微米～1000微米； 
该碳纳米管阵列可以采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法制得，该方法主要包括以下步骤： 
提供一基底； 
在基底上沉积一个催化剂层，催化剂可以选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或者其任意组合的合金之一，催化剂层的厚度与催化剂的种类相对应，当选用铁作为催化剂时，铁催化剂层的厚度为3纳米～10纳米，优选地，铁催化剂层的厚度为5纳米； 
将沉积有催化剂层的基底放置在空气中，在300℃～500℃下热处理10分钟～12小时，催化剂层经退火后形成氧化颗粒； 
将基底放置在反应装置中，在反应装置内通入保护气体，在保护气体的保护下加热至一个预定温度，该预定温度因使用的催化剂不同而不同，一般为400℃～750℃，当选用铁作为催化剂时，预定温度优选为650℃，另外，预先加热时使用的保护气体为惰性气体或氮气，优选地，保护气体为氩气；以及 
通入碳源气与保护气体的混合气体，加热至400℃～750℃反应0.5分钟～2小时生长出碳纳米管阵列，碳源气与保护气体的混合气体中的碳源气为碳氢化合物，可为乙炔、乙烯等，优选地，碳源气为乙炔；保护气体为惰性气体或者氮气，优选地，保护气体为氩气。 
(二)配置聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)半聚合溶 液； 
将约95％～100％作为主体的甲基丙烯酸甲酯(Methyl Methacrylate，MMA)、约0.02％～1％作为引发剂的偶氮二异丁睛(AIBN)和约0％～5％作为增塑剂的邻苯二甲酸二丁脂(DBP)混合，在80℃～100℃水浴条件下搅拌5分钟～30分钟，优选地，在约92℃下搅拌约10分钟，至甲基丙烯酸甲酯聚合使液体具有一定的粘性即呈甘油状，然后冷却溶液使反应停止。 
(三)将制成的半聚合溶液倒入装有碳纳米管阵列的容器内，放置30分钟以上使该半聚合溶液充分填充碳纳米管阵列的间隙； 
碳纳米管阵列中的空气被预先排出，该预先排出空气的过程可以在碳纳米管阵列生长后进行也可以在聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液配置后进行，包括：将碳纳米管阵列放置在容器内；以及利用真空装置将容器内抽真空从而排出碳纳米管阵列中的空气。 
(四)将覆盖有聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料的碳纳米管阵列固定在旋转台上，以每分钟200～600转的速度使旋转台旋转，在离心力的作用下去除覆盖在碳纳米管阵列上端部的聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料，从而使碳纳米管阵列的上端部伸出聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料的上表面以形成初步聚合的薄膜； 
(五)将初步聚合的薄膜在加热至50℃～60℃的条件下继续聚合1小时～4小时，然后加热至90℃～100℃形成完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；以及 
(六)将完全聚合的薄膜于水中浸泡约5分钟以上，碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜从基底上脱落，将碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜放置在导电电极上从而形成场发射阴极。 
请参阅图2，图2为由上述方法制造的场发射阴极的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的剖视结构示意图。由上述方法制造的场发射阴极主要包括一个形成在基板上且厚度为60纳米～200纳米的导电电极和放置在导电电极上的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜10。其中，碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜10的厚度为10微米～1000微米，包括碳纳米管阵列120和覆盖碳纳米管阵列120的聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料110，碳纳米管阵列120的上端部从聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料110 的上表面伸出约10纳米～200纳米，碳纳米管阵列120的下端边缘与聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料110的下表面的边缘平齐而未被聚甲基丙烯酸甲酯聚合材料110所覆盖。 
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。 

Claims (7)

1.一种场发射阴极的制造方法，包括：
提供在基底上生长的碳纳米管阵列；
配置聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液；
将制成的聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液倒入装有碳纳米管阵列的容器内，放置30分钟以上使该聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液充分填充碳纳米管阵列的间隙；
将覆盖有聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液的碳纳米管阵列固定在旋转台上，以每分钟200～600转的速度使旋转台旋转，在离心力的作用下去除覆盖在碳纳米管阵列上端部的聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料，从而使碳纳米管阵列的上端部伸出聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料的上表面以形成初步聚合的薄膜；
将初步聚合的薄膜加热至50℃～60℃继续聚合1小时～4小时，然后加热至90℃～100℃形成完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；以及
将完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜于水中浸泡5分钟以上，完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜从基底上脱落，将完全聚合的碳纳米管-聚甲基丙烯酸甲酯薄膜放置在导电电极上从而形成场发射阴极。
2.如权利要求1所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的配置聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液的方法包括：
将95％作为主体的甲基丙烯酸甲酯、0.02％～1％作为引发剂的偶氮二异丁睛和0％～5％作为增塑剂的邻苯二甲酸二丁脂混合；
在80℃～100℃水浴条件下搅拌5分钟～30分钟至甲基丙烯酸甲酯聚合使液体呈甘油状；以及
冷却溶液使反应停止。
3.如权利要求2所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列的高度为10微米～1000微米。
4.如权利要求3所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列的上端部伸出聚甲基丙烯酸甲酯半聚合材料的上表面的长度为10纳米～200纳米。
5.如权利要求4所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列中的空气被预先排出，该预先排出空气的过程在碳纳米管阵列生长后进行，所述预先排出碳纳米管阵列中的空气的方法包括以下步骤：将碳纳米管阵列放置在所述的容器内；以及利用真空装置将容器内抽真空从而排出碳纳米管阵列中的空气。
6.如权利要求4所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列中的空气被预先排出，该预先排出空气的过程在聚甲基丙烯酸甲酯半聚合溶液配置后进行，包括：将碳纳米管阵列放置在所述的容器内；以及利用真空装置将容器内抽真空从而排出碳纳米管阵列中的空气。
7.如权利要求5或6所述的场发射阴极的制造方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列采用化学气相沉积法制得，该方法主要包括以下步骤：
提供一基底；
在基底上沉积一个铁催化剂层，铁催化剂层的厚度为3纳米～10纳米；
将沉积有铁催化剂层的基底放置在空气中，在300℃～500℃下热处理10分钟～12小时，铁催化剂层经退火后形成氧化铁颗粒；
将基底放置在反应装置中，在反应装置内通入氩气，在氩气的保护下加热至400℃～750℃；以及
通入乙炔与氩气的混合气体，加热至400℃～750℃反应0.5分钟～2小时生长出碳纳米管阵列。
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