CN102208307A - 用于场发射器的基片、其制造方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于场发射器的基片，该基片的制造方法及该基片的应用，特别是在计算机断层造影上的应用。该基片具有一个带有碳混合结构的涂层，该碳混合结构基于同素异形的石墨、石墨烯和纳米管。本发明涉及基于石墨层状结构的场发射器。通过本发明，首次获得一种用于场发射器的基片，该基片利用了基本上垂直地在该基片上立起并排列的“石墨峰”，以及利用了在导电的基片上的这些峰和在这些峰之间放置的CNTs的混合材料。

Description

用于场发射器的基片、其制造方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于场发射器的基片，该基片制造方法及该基片应用，特别是在计算机断层造影中的应用。
背景技术
现有技术的缺陷在于，极小的电流以及极小的机械稳定性。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种基于碳的结构，该结构具有长的边棱和很多顶尖，以便实现更高的电流以及实现在计算机断层造影等应用的高真空中使用的场电子发射器的自稳定的长时间耐久性。
本发明的一般认知是，一方面排列的CNTs，像与本发明并列的第二个申请中所描述的那样，另一方面展开的石墨烯或多层石墨(＜10石墨烯层)，即，带有轻微倾斜的或部分地直立的发射器边棱的石墨层状结构，以及特别是这两个涂层的组合，均适合于在场发射器的高发射电流。
因此，该技术问题的解决方案以及本发明的内容是一种用于场发射器的基片，其中，该基片是导电的并且在该基片上涂覆了石墨烯层状结构，该石墨烯层状结构波状地从涂层中突起或者以不同的角度竖立和/或部分地也被直立地设置。此外，本发明的内容是通过涂覆分散体和之后的硬化制备这种基片的方法。最后，本发明的内容是该基片在计算机断层造影中的应用。
DE 10328342 B4公开了这种石墨层状结构的制备方法。就此，将这个在先申请的内容作为本申请的公开的组成部分。
现有结果表明，不仅石墨层状结构而且CNT纳米管单独作为适合于场发射的涂层也显示出了良好性能，并且特别是组合的CNT/石墨烯/混合***具有的协同的性能曲线(Eigenschaftsprofile)。使用CNT、石墨层状结构以及由此产生的混合***不仅应该提高发射器电性能，而且应该提高发射器机械性能。
石墨层状结构、石墨薄膜、石墨多层或多石墨烯层***(这些概念在本文中被作为同义词)，已经由DE 10328342 B4公开。从热还原石墨氧化物出发，单独的石墨烯可以被分散。
CNT和石墨层状结构(两者均具有非常高的长径比)的性能是强烈的各向异性。通过建模已经能显示出，带有CNTs的石墨层状结构可以拼合成柱状的3D超结构(“pillared graphene architectures”)，该3D超结构在电的传导能力方面具有协同作用(参考文献：Modeling of thermal transport inpillared-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)。
通过CNT末端和石墨层状结构的官能化，可以进一步的改善其性能(Electrically Conductive“Alkylated”Graphene Paper via Chemical Reductionof Amine-Functionalized Graphene Oxide Paper by Compton，Owen C.；Dikin，Dmitriy A.；Putz，Karl W.；Brinson，L.Catherine；Nguyen，SonBinh，Departmentof Chemistry，Northwestern University 2145 Sheridan Road，Evanston，IL，USA；.Advanced Materials(Weinheim，Germany)(2010)，22(8)，892-896)。
CNT-石墨层状结构混合***结合了如图1和2所示的长的扩展出来的边棱和顶尖的优点。机械不稳定的CNT管被安置在石墨烯或多石墨层(＜10层)之间。
谷状的地形一方面保护了CNTs，另一方面发射面最优地通过交替的边棱或层边(由石墨烯或多石墨层构成)和CNT顶尖来建立。
在导电基片上可以直接通过水性分散体或混合聚合物的分散体来涂覆石墨层状结构。
不过，为了改善机械稳定性，也可以将石墨层状结构经由石墨粘合剂层与导电基片相连接。优选地，该石墨粘合剂也是良好导电的。
该石墨烯/石墨粘合剂层是机械稳定的，并且化学良好地连接在该金属基片上。为了真空应用，可以将该***加热到＞400℃的温度。为了之后在高真空中的使用，由石墨烯/石墨层状结构和CNT构成的涂层可以经热烘烤。在此，所有低分子的化合物被消除。
伸展的石墨层状结构和CNT的制造和涂覆方法如下：石墨多层(层数＜10)在该层边沿上具有本身为极性的官能团。在水性溶剂或水性/醇性溶剂中在反应性的石墨边棱处，该石墨多层可以例如通过羧基(-COOH)或胺基(-NH2)进一步化学官能化。通过石墨层状结构的官能性，能够在极宽的范围里调节在金属表面的导电性和附着强度。
利用通常的湿法化学的涂覆方法：刮板、浸渍、浇注和喷洒，在正常条件下对该金属基片进行涂覆，然后在大约150-200℃下硬化该金属基片。在此，产生带有暴露的凸起层边的波形表面形貌，该层边带有波峰和波谷，如图3所示。通过带有极性基团的层边的官能化，可以在该金属基片上获得较强的连接。该层状结构由单个的多石墨层状结构以及部分地也由石墨烯(单石墨层)构成。
在多石墨层分散体中，多壁或单壁的纳米管也可以被引入并分散。通过自组装的结构化以及分散助剂在混合聚合物的分散体中的支持，在该分散中形成CNT/石墨/石墨混合涂层的结构。
优选地，CNTs由于由于高的范德瓦尔斯力沉积在该石墨/石墨烯的侧边上，或强力附着在该石墨多层状结构上。
在石墨烯/石墨谷的保护下，CNTs另外还是机械上稳定的。通过使用带有部分排列的CNTs的谷和/或在该石墨/石墨烯的侧边的CNT阵列，发射器面被有效的使用，并且能够实现高的发射器电流。
例如，CNTs可以通过羧基或胺官能化直接共价地与该立起的石墨烯或多石墨层(＜10石墨烯)偶联，并且因而可以在波峰方向排列。CNT管作为1D材料可以理想地与多石墨、石墨烯侧边或石墨烯面相适应，并且由此获得最大的机械保护。该排列的CNTs可以进一步通过化学刻蚀得到倾斜的管端。石墨烯或石墨层状结构作为2D材料，例如能通过展开形成大的相连接的发射器边棱和发射器峰。该机械稳定性可以例如通过多层层结构来实现。
附图说明
下面对照3个附图对本发明作进一步的说明：
图1示出了尖的管末端的一种示意性安排，
图2示出了在排列的多石墨层状结构或多石墨烯层状结构中的长的发射器边棱，并且，
图3示出了带有标出CNTs的排列的石墨层状结构的表面形貌。
具体实施方式
图1示意性地示出了在导电表面上的CNT丛林。可以看出CNTs的顶尖1。
CNTs的优点如下：在数目众多的CNT点源上能发射高的发射电流。可以用导电的胶来促进纯CNTs在金属表面上的附着(Haftung)。纯多石墨-粘合剂层兼有高的发射器电流、机械稳定性以及可忽略的极少的低分子量成分的优点，并且因此特别好地适合于高真空应用。
图2示出了石墨层状结构3，其中，石墨层如一张展开的纸、薄膜一样地被设置在基片表面2上。该石墨层状结构示出了在长的发射器边棱6或石墨烯边棱上的高的发射器电流。在该发射器边棱6之间是如下的谷7，即，其中根据本发明的实施方式根据图1安排CNTs的顶尖。
图3示出了石墨层状结构4在一个基片上作为照片的形貌，其中，CNTs1的位置通过简单的线条图5示出。可以看出，该CNT发射器顶尖被设置在谷7内部，并且在该发射器边棱或发射器峰(在该照片上亮的部分示出)6之间。
本发明涉及以石墨层状结构为基础的场发射器。通过本发明，首次获得了一种用于场发射器的基片，该基片利用了在该基片上立起并排列的“石墨峰
Figure BDA0000052807900000041
”，以及利用了在导电的基片上的这些峰和在这些峰之间放置的CNTs的混合材料。
本发明初次公开了石墨层状结构、石墨层状结构/CNT混合***和它们在场发射器上的应用的巨大潜力。该***不但由于巨大的电承载能力，而且还由于机械的和化学的稳定性以及通过有针对的衍生化(Derivatisierung)带来的应用可能性而令人信服。
本发明涉及一种用于场发射器的基片、该基片的制造方法以及该基片的应用，特别是在计算机断层造影上的应用。该基片有一个带有碳混合结构的涂层，该碳混合结构以同素异形的石墨、石墨烯和纳米管为基础。
本发明涉及以石墨层状结构为基础的场发射器。通过本发明，首次获得了一种用于场发射器的基片，该基片利用了基本上垂直地在该基片上立起并排列的“石墨峰”，以及利用了在导电的基片上的这些峰和在这种峰之间放置的CNTs的混合材料。

Claims (7)

1.一种用于场发射器的基片，其中，该基片是导电的，并且在该基片上涂覆了石墨烯层状结构，该石墨烯层状结构波状地从涂层中突起或者以不同的角度竖立和/或部分地也被直立地设置。
2.根据权利要求1所述的基片，其在由展开的石墨层状结构形成的层状结构之间还具有在这些石墨层状结构之间的排列的CNTs。
3.根据上述权利要求中任一项所述的基片，其中，所述石墨烯层状结构由含有伸展的带有多石墨粒子的石墨的分散体涂覆。
4.根据上述权利要求中任一项所述的基片，其中，所述石墨烯层状结构由含有伸展的带有多石墨粒子的石墨和碳纳米管的分散体涂覆。
5.一种用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的基片的导电涂层的方法，其中，使用通常的湿法化学涂覆方法如刮板、浸渍、浇注和喷洒，在正常条件下使用伸展的石墨的分散体涂覆所述基片，然后在大约150-200℃下硬化所述基片。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述伸展的石墨在分散时还被化学地衍生化或官能化。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的基片在计算机断层造影中的应用。
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