CN103578885B - 碳纳米管场发射体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型。所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相平行的第二端面。所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构。

Description

碳纳米管场发射体

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管场发射体。

背景技术

近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。以场发射技术为例，碳纳米管早已以其优良的导电性能，完美的晶格结构，纳米尺度的尖端等特性成为优良的场发射体材料，请参见WaltA.deHeer等人Science270，1179-1180(1995),ACarbonNanotubeField-EmissionElectronSource一文。

现有技术中，通常使用的碳纳米管场发射体的制备方法包括直接生长法及后续加工处理法两种。

直接生长法通常是指：首先提供一阴极基底，在该阴极基底表面形成一催化剂层；然后采用化学气相沉积法在该阴极基底的催化剂位置生长出碳纳米管以直接形成一碳纳米管场发射体（请参见“Low-temperatureCVDgrowthofcarbonnanotubesforfieldemissionapplication”，Kuang-chungChen，Diamond&RelatedMaterials，Vol.16，P566（2007））。但是，由于化学气相沉积法生长的碳纳米管阵列顶部表面碳纳米管缠绕，因此，碳纳米管在该表面的形态杂乱无章，这种情况导致该种碳纳米管场发射体的场发射均匀性较差，且由于碳纳米管阵列中的碳纳米管的排列密度较高，相邻的碳纳米管之间存在着较强的屏蔽效应，影响了这种场发射体的场发射电流及其实际应用性能。

后续加工处理法通常是指：首先将已制备好的作为发射体的碳纳米管混合在浆料中；然后将上述浆料印刷在阴极基底上以在该阴极基底上形成一场发射层，进而获得一碳纳米管场发射体。但是，用印刷法形成的场发射层中碳纳米管的密度较小，进而导致有效发射体的密度较小，场发射电流较小；并且，由于采用印刷法制备的碳纳米管场发射体中的碳纳米管取向杂乱无序，使得其场发射均匀性较差。

有鉴于此，确有必要提供一种可以减小碳纳米管之间的屏蔽效应而得到具有较大发射电流密度，以及具有较高强度和导电性能的碳纳米管场发射体及其制备方法。

发明内容

本发明提供一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相平行的第二端面，所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构。

进一步地，所述第一卷纸结构通过卷曲一碳纳米管层的第二区域而成，其中，该碳纳米管层由所述多个碳纳米管组成；所述第二卷纸结构通过卷曲涂覆了一金属层的该碳纳米管层的第一区域而成，其中，该金属层由所述金属材料组成。

进一步地，所述碳纳米管层包括一个或多个层叠设置的碳纳米管拉膜。

进一步地，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。

本发明提供另一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部和支撑端部均由多个碳纳米管组成。

进一步地，所述碳纳米管场发射体为由多个碳纳米管组成的一第三卷纸结构。

进一步地，所述第三卷纸结构中的多个碳纳米管首尾相连且沿所述第一方向定向排列。

进一步地，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：第一，该碳纳米管场发射体的支撑端部涂覆有金属层，因此可以提高该碳纳米管场发射体的导电和导热性能，从而提高该碳纳米管场发射体的电流负载能力；第二，支撑端部的金属层同时可以提高整个碳纳米管场发射体的机械性能；第三，利用激光切割该碳纳米管场发射体的发射端部，形成多个彼此分离的场发射尖端，从而可减轻该碳纳米管场发射体的发射端部的电磁屏蔽效应，提高其场发射性能；第四，利用本发明方法制备的碳纳米管场发射体的发射端部和支撑端部为一体成型，因此既能减少制备工序，又能获得具有良好机械性能和结构稳定性的场发射体。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图2为本发明实施例1中使用的碳纳米管层的结构示意图。

图3为本发明实施例1中使用的碳纳米管层中的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图4为利用本发明实施例1提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图5为图4中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。

图6为本发明实施例2提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图7为利用本发明实施例2提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图8为图7中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。

图9为本发明实施例3提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图10为利用本发明实施例3提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图11为图10中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。

图12为本发明实施例4提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图13为利用本发明实施例4提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图14为本发明实施例5提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图15为利用本发明实施例5提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图16为本发明实施例6提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

图17为利用本发明实施例6提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。

图18为本发明实施例7提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。

主要元件符号说明

碳纳米管场发射体	10，20，30，40，50，60，70
		碳纳米管层	100
第一表面	102
		第二表面	104
第一区域	1022
		第二区域	1024
第三区域	1042
		第四区域	1044
碳纳米管拉膜	110
		金属层	120
发射端部	12，22，32，72
		发射尖端	122，222，322，722
支撑端部	14，24，34，74
		第一方向	X

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的碳纳米管场发射体的制备方法以及利用该方法得到的碳纳米管场发射体做进一步的详细说明。

实施例1

请参见图1，本发明实施例1提供一种碳纳米管场发射体10的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100的第一表面102沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024；

(S2)涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022；以及

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第一表面102为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体10，该碳纳米管场发射体10由一发射端部12和一支撑端部14组成，该发射端部12和支撑端部14沿所述第一方向X连续分布且一体成型。

在步骤S1中，所述碳纳米管层100为由多个碳纳米管组成的自支撑结构。所谓自支撑结构，是指不需要依附任何基底、能保持其自身形状的结构。同时，该碳纳米管层100为一柔性结构。所述第一区域1022和第二区域1024在第一方向X上连续分布。所述碳纳米管层100中相邻的碳纳米管之间通过范德华力首尾相连，且该碳纳米管层100中的碳纳米管沿第一方向X定向排列。

请参见图2，所述碳纳米管层100可由单个碳纳米管拉膜110组成，也可由多个碳纳米管拉膜110层叠设置而成。该碳纳米管层100的厚度可根据所述碳纳米管拉膜110的层数调整，具体为5纳米~100微米之间。该碳纳米管层100的宽度和长度与所述碳纳米管拉膜110的尺寸相同。

请参见图3，所述碳纳米管拉膜110包括多个首尾相连且沿一固定方向定向排列的碳纳米管。当所述碳纳米管层100由多个碳纳米管拉膜110层叠设置而成时，该多个碳纳米管拉膜110中的多个碳纳米管均沿所述第一方向X定向排列。

本实施例1中，所述碳纳米管拉膜110的制备方法包括以下步骤：

首先，提供一碳纳米管阵列形成于一生长基底，该阵列优选为超顺排碳纳米管阵列。

该超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：（a）提供一平整生长基底，该生长基底可选用P型或N型硅生长基底，或选用形成有氧化层的硅生长基底，本发明实施例优选为采用4英寸的硅生长基底；（b）在生长基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）或其任意组合的合金之一；（c）将上述形成有催化剂层的生长基底在700℃~900℃的空气中退火约30分钟~90分钟；（d）将处理过的生长基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃~740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟~30分钟，生长得到碳纳米管阵列。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于生长基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过控制生长条件，该定向排列的碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。

其次，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得至少一碳纳米管拉膜110，其具体包括以下步骤：（a）从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列以选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管；（b）以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管拉膜110。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管拉膜110。

该碳纳米管拉膜110的宽度与碳纳米管阵列的尺寸有关，该碳纳米管拉膜110的长度不限，可根据实际需求制得。当该碳纳米管阵列的面积为4英寸时，该碳纳米管拉膜110的宽度为10微米~10厘米，该碳纳米管拉膜110的厚度为5纳米~10微米。

在步骤S2中，所述金属层120的涂覆方法可以是旋涂、喷涂、溅涂、蒸镀、滚涂、滴涂、印刷和粘附方法中的一种。本实施例中，优选采用蒸镀方法将所述金属层120形成于所述碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022。所述金属层120的材料可以是金、银、铜、镍中的一种或多种。所述金属层120的厚度在5纳米~100微米之间。

在步骤S3中，通过卷曲所述碳纳米管层100的第二区域1024形成所述碳纳米管场发射体10的发射端部12；通过卷曲所述涂覆了所述金属层120的所述碳纳米管层100的第一区域1022形成所述碳纳米管场发射体10的支撑端部14。

利用本实施例1的方法制备获得的碳纳米管场发射体10的结构如图4和图5所示。

请参见图4和图5，该碳纳米管场发射体10整体呈一卷纸结构，其由一发射端部12和一支撑端部14组成，所述发射端部12和支撑端部14沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部12具有一第一端面，该支撑端部14具有一与所述第一端面相对的第二端面。

所述发射端部12由多个碳纳米管组成。具体地，所述发射端部12为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间具有间隙，该间隙的大小与所述金属层120的厚度相等。

所谓所述发射端部12为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构是指：所述发射端部12垂直于所述第一方向X的横截面呈一单螺旋结构。所述单螺旋结构由所述碳纳米管层100构成。

所述支撑端部14由金属材料和多个碳纳米管组成。具体地，所述支撑端部14为由层叠设置的所述碳纳米管层100的第一区域1022和金属层120卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间紧密贴合，其中，该支撑端部14的最外层为所述碳纳米管层100，其最内层为所述金属层120。

所谓所述支撑端部14为由层叠设置的所述碳纳米管层100的第一区域1022和金属层120卷曲而成的一卷纸结构是指：所述支撑端部14垂直于所述第一方向X的横截面呈一双螺旋结构。所述双螺旋结构由所述碳纳米管层100和金属层120交替排列构成，其中，该双螺旋结构的最外层为所述碳纳米管层100，该双螺旋结构的最内层为所述金属层120。

实施例2

请参见图6，本发明实施例2提供一种碳纳米管场发射体20的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100的第一表面102沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024；

(S2)涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022；以及

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第二表面104为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体20，该碳纳米管场发射体20由一发射端部22和一支撑端部24组成，该发射端部22和支撑端部24沿所述第一方向X连续分布且一体成型。

本实施例2提供的碳纳米管场发射体20的制备方法，与实施例1相比，其不同之处在于：步骤S3中，实施例1以所述第一表面102为内表面，卷曲涂覆金属层120后的碳纳米管层100；而本实施例2以所述第二表面104为内表面，卷曲涂覆金属层120后的碳纳米管层100。本实施例2中的其余步骤与实施例1相同。

利用本实施例2的方法制备获得的碳纳米管场发射体20的结构如图7和图8所示。

请参见图7和图8，该碳纳米管场发射体20整体呈一卷纸结构，其由一发射端部22和一支撑端部24组成，所述发射端部22和支撑端部24沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部22具有一第一端面，该支撑端部24具有一与所述第一端面相平行的第二端面。

所述发射端部22由多个碳纳米管组成。具体地，所述发射端部22为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间具有间隙，该间隙的大小与所述金属层120的厚度相等。

所谓所述发射端部22为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构是指：所述发射端部22垂直于所述第一方向X的横截面呈一单螺旋结构。所述单螺旋结构由所述碳纳米管层100构成。

所述支撑端部24由金属材料和多个碳纳米管组成。具体地，所述支撑端部24为由层叠设置的所述碳纳米管层100的第一区域1022和金属层120卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间紧密贴合，其中，该支撑端部14的最外层为所述金属层120，其最内层为所述碳纳米管层100。

所述支撑端部24为由层叠设置的所述碳纳米管层100的第一区域1022和金属层120卷曲而成的一卷纸结构是指：所述支撑端部24垂直于所述第一方向X的横截面呈一双螺旋结构。所述双螺旋结构由所述碳纳米管层100和金属层120交替排列构成，其中，该双螺旋结构的最外层为所述金属层120，该双螺旋结构的最内层为所述碳纳米管层100。

该碳纳米管场发射体20与所述碳纳米管场发射体10之间的区别在于：该碳纳米管场发射体20的支撑端部24的最外层为所述金属层120，其最内层为所述碳纳米管层100；而所述碳纳米管场发射体10的支撑端部14的最外层为所述碳纳米管层100，其最内层为所述金属层120。

实施例3

请参见图9，本发明实施例3提供一种碳纳米管场发射体30的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100的第一表面102沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024，将该碳纳米管层100的第二表面104沿该第一方向X区分为第三区域1042和第四区域1044，该第一区域1022、第二区域1024分别与第三区域1042、第四区域1044相对应；

(S2)分别涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022和第二表面104的第三区域1042；以及

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第一表面102或第二表面104为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体30，该碳纳米管场发射体30由一发射端部32和一支撑端部34组成，该发射端部32和支撑端部34沿所述第一方向X连续分布且一体成型。

本实施例3提供的碳纳米管场发射体30的制备方法，与实施例1相比，其不同之处在于：步骤S2中，实施例1只涂覆一金属层120于所述碳纳米管层100的第一表面102；而本实施例3分别涂覆一金属层120于所述碳纳米管层100的第一表面102和第二表面104。本实施例3中的其余步骤与实施例1基本相同。

利用本实施例3的方法制备获得的碳纳米管场发射体30的结构如图10和图11所示。

请参见图10和图11，该碳纳米管场发射体30整体呈一卷纸结构，其由一发射端部32和一支撑端部34组成，所述发射端部32和支撑端部34沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部32具有一第一端面，该支撑端部34具有一与所述第一端面相平行的第二端面。

所述发射端部32由多个碳纳米管组成。具体地，所述发射端部32为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间具有间隙，该间隙的大小与所述金属层120的厚度相等。

所述发射端部32为由所述碳纳米管层100的第二区域1024卷曲而成的一卷纸结构是指：所述发射端部32垂直于所述第一方向X的横截面呈一单螺旋结构。所述单螺旋结构由所述碳纳米管层100构成。

所述支撑端部34由金属材料和多个碳纳米管组成。具体地，所述支撑端部34为由层叠设置的两个金属层120以及夹在所述两个金属层120之间的一碳纳米管层100的第一区域1022卷曲而成的一卷纸结构，该卷纸结构中的层与层之间紧密贴合，其中，该支撑端部14的最外层和最内层均为所述金属层120。

所述支撑端部34为由层叠设置的两个金属层120以及夹在所述两个金属层120之间的一碳纳米管层100的第一区域1022卷曲而成的一卷纸结构是指：所述支撑端部34垂直于所述第一方向X的横截面呈一双螺旋结构。所述双螺旋结构由所述碳纳米管层100和金属层120交替排列构成，其中，该双螺旋结构的最外层和最内层均为所述金属层120。

该碳纳米管场发射体30与所述碳纳米管场发射体10之间的区别在于：该碳纳米管场发射体30的支撑端部24的最外层和最内层均为所述金属层120；而所述碳纳米管场发射体10的支撑端部14的最外层为所述碳纳米管层100，其最内层为所述金属层120。

实施例4

请参见图12，本发明实施例4提供一种碳纳米管场发射体40的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024；

(S2)涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022；

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第一表面102为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体10，该碳纳米管场发射体10包括一发射端部12；以及

(S4)利用激光切割所述发射端部12，在该发射端部12形成多个场发射尖端122，最终获得一碳纳米管场发射体40，该碳纳米管场发射体40由一发射端部12和一支撑端部14组成，该发射端部12和支撑端部14沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部12具有多个场发射尖端122。

本实施例4提供的碳纳米管场发射体40的制备方法是在实施例1的基础上增加了步骤S4。

在步骤S4中，当用激光切割所述碳纳米管场发射体10的发射端部12时，其切割方向与所述第一方向X之间形成一夹角α，且0°≤α≤5°。优选地，在本实施例中，α=0°。所用激光的功率不限，只要能切割所述碳纳米管层100就行。激光切割时的气氛不限，可以在真空中，也可以在某种活性气氛中。当在真空中时，碳纳米管在切割时被蒸发掉；当在某种活性气氛中时，碳纳米管被该活性气氛反应掉。

利用本实施例4的方法制备获得的碳纳米管场发射体40的结构如图13所示。

请参见图13，该碳纳米管场发射体40与所述碳纳米管场发射体10之间的区别在于：所述碳纳米管场发射体10的发射端部12只有一个场发射尖端；而所述碳纳米管场发射体40的发射端部12具有多个场发射尖端122，且该多个场发射尖端122彼此分离。

实施例5

请参见图14，本发明实施例5提供一种碳纳米管场发射体50的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024；

(S2)涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022；

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第二表面104为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体20，该碳纳米管场发射体20包括一发射端部22；以及

(S4)利用激光切割所述发射端部22，在该发射端部22形成多个场发射尖端222，最终获得一碳纳米管场发射体50，该碳纳米管场发射体50由一发射端部22和一支撑端部24组成，该发射端部22和支撑端部24沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部22具有多个场发射尖端222。

本实施例5提供的碳纳米管场发射体40的制备方法是在实施例2的基础上增加了步骤S4。

在步骤S4中，当用激光切割所述碳纳米管场发射体20的发射端部22时，其切割方向与所述第一方向X之间形成一夹角α，且0°≤α≤5°。优选地，在本实施例中，α=0°。所用激光的功率不限，只要能切割所述碳纳米管层100就行。

利用本实施例5的方法制备获得的碳纳米管场发射体50的结构如图15所示。

请参见图15，该碳纳米管场发射体50与所述碳纳米管场发射体20之间的区别在于：所述碳纳米管场发射体20的发射端部22只有一个场发射尖端；而所述碳纳米管场发射体50的发射端部22具有多个场发射尖端222，且该多个场发射尖端222彼此分离。

实施例6

请参见图16，本发明实施例6提供一种碳纳米管场发射体60的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100，该碳纳米管层100具有相对的第一表面102和第二表面104，将该碳纳米管层100的第一表面102沿一第一方向X区分为第一区域1022和第二区域1024，将该碳纳米管层100的第二表面104沿该第一方向X区分为第三区域1042和第四区域1044，该第一区域1022、第二区域1024分别与第三区域1042、第四区域1044相对应；

(S2)分别涂覆一金属层120于该碳纳米管层100的第一表面102的第一区域1022和第二表面104的第三区域1042；以及

(S3)以所述第一方向X为卷轴，以所述第一表面102或第二表面104为内表面，卷曲该涂覆金属层120后的碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体30，该碳纳米管场发射体30包括一发射端部32；以及

(S4)利用激光切割所述发射端部32，在该发射端部32形成多个场发射尖端322，最终获得一碳纳米管场发射体60，该碳纳米管场发射体60由一发射端部32和一支撑端部34组成，该发射端部32和支撑端部34沿所述第一方向X连续分布且一体成型，该发射端部32具有多个场发射尖端322。

本实施例6提供的碳纳米管场发射体60的制备方法是在实施例3的基础上增加了步骤S4。

在步骤S4中，当用激光切割所述碳纳米管场发射体30的发射端部32时，其切割方向与所述第一方向X之间形成一夹角α，且0°≤α≤5°。优选地，在本实施例中，α=0°。所用激光的功率不限，只要能切割所述碳纳米管层100就行。

利用本实施例6的方法制备获得的碳纳米管场发射体60的结构如图17所示。

请参见图17，该碳纳米管场发射体60与所述碳纳米管场发射体30之间的区别在于：所述碳纳米管场发射体30的发射端部32只有一个场发射尖端；而所述碳纳米管场发射体60的发射端部32具有多个场发射尖端322，且该多个场发射尖端322彼此分离。

所述碳纳米管场发射体40，50和60，其发射端部12，22和32均包括多个彼此分离的场发射尖端122，222和322，相较于未经激光处理的碳纳米管场发射体10，20和30而言，在作为场发射体使用时所需的驱动电压更小。在相同的驱动电压下，该碳纳米管场发射体40，50和60可获得更大密度的发射电流。

实施例7

请参见图18，本发明实施例7提供一种碳纳米管场发射体70的制备方法，其包括以下步骤：

(S1)提供一碳纳米管层100；

(S2)以一第一方向X为卷轴，卷曲该碳纳米管层100，形成一碳纳米管场发射体70，该碳纳米管场发射体70包括一发射端部72和一支撑端部74；以及

(S3)紧固该碳纳米管场发射体70。

上述制备方法可进一步包括以下步骤：

(S4)利用激光切割所述碳纳米管场发射体70的发射端部72，在该发射端部72形成多个场发射尖端722。

在本实施例7中，所述碳纳米管层100与前述实施例中所用的碳纳米管层100结构相同。所述第一方向X与前述实施例中的第一方向X一致。所述发射端部72与支撑端部74沿所述第一方向X连续分布且一体成型。

步骤(S3)中，所述紧固该碳纳米管场发射体70的方法包括利用金属线箍紧该碳纳米管场发射体70，或利用金属膜包紧该碳纳米管场发射体70。

步骤(S4)中，所述利用激光切割所述碳纳米管场发射体70的方法与前述实施例中所用方法相同。

本实施例7获得的碳纳米管场发射体70与实施例4获得的碳纳米管场发射体40相比，不同之处在于：碳纳米管场发射体70中不含金属材料，只由碳纳米管组成；而碳纳米管场发射体40的发射端部12由碳纳米管组成，其支撑端部14由碳纳米管和金属材料组成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：第一，利用本发明方法制备的碳纳米管场发射体的支撑端部涂覆有金属层，因此可以提高该碳纳米管场发射体的导电和导热性能，从而提高该碳纳米管场发射体的电流负载能力；第二，支撑端部的金属层同时可以提高整个碳纳米管场发射体的机械性能；第三，利用激光切割该碳纳米管场发射体的发射端部，形成多个彼此分离的场发射尖端，从而可减轻该碳纳米管场发射体的发射端部的电磁屏蔽效应，提高其场发射性能；第四，利用本发明方法制备的碳纳米管场发射体的发射端部和支撑端部为一体成型，因此既能减少制备工序，又能获得具有良好机械性能和结构稳定性的场发射体。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (19)

1.一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，其特征在于，所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构，所述第一卷纸结构与所述第二卷纸结构以所述第一方向为卷轴卷曲形成，所述发射端部的多个碳纳米管与所述支撑端部的多个碳纳米管中，相邻的所述碳纳米管通过范德华力首尾相连。

2.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构通过卷曲由所述多个碳纳米管组成的一碳纳米管层而成。

3.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构通过卷曲涂覆了一金属层的一碳纳米管层而成，所述金属层由所述金属材料组成，所述碳纳米管层由所述多个碳纳米管组成。

4.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构中相邻的两层碳纳米管层之间有间隙，该间隙的大小在5纳米～100微米之间。

5.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构中的相邻的碳纳米管层和金属层之间紧密结合。

6.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构的最内层为所述碳纳米管层，其最外层为所述金属层。

7.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构的最内层为所述金属层，其最外层为所述碳纳米管层。

8.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构通过卷曲由所述多个碳纳米管组成的一碳纳米管层而成，所述第二卷纸结构通过卷曲正反两面均涂覆了由所述金属材料组成的一金属层的一碳纳米管层而成。

9.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述金属层的厚度在5纳米～100微米之间。

10.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述金属材料包括金、银、铜、镍中的一种或多种。

11.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度在5纳米～100微米之间。

12.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层包括一个或多个层叠设置的碳纳米管拉膜。

13.如权利要求12所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿所述第一方向定向排列的碳纳米管。

14.如权利要求13所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管拉膜，该多个碳纳米管拉膜中的多个碳纳米管均沿所述第一方向定向排列。

15.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面的横截面呈一单螺旋结构，所述第二端面的横截面呈一双螺旋结构。

16.如权利要求1-15中任一项所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。

17.一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，其特征在于，所述碳纳米管场发射体为由多个碳纳米管组成的一第三卷纸结构，所述第三卷纸以所述第一方向为卷轴卷曲形成，所述发射端部和支撑端部均由多个碳纳米管组成，相邻的所述碳纳米管通过范德华力首尾相连。

18.如权利要求17所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第三卷纸结构包括多个首尾相连且沿所述第一方向定向排列的碳纳米管。

19.如权利要求17-18中任一项所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。