JP2007531201A - レーザ及び/又はプラズマ処理カーボンナノチューブのマット、フィルム又はインクで作製したフィールドエミッションデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
フィールドエミッションデバイスは、電子の運動を利用するデバイスである。代表的なフィールドエミッションデバイスは、少なくともカソード、エミッタチップ、及びカソードから間隔をあけて配置されたアノードを含む。カソードとアノードの間に電圧を印加すると、電子のエミッタチップからのエミッションが可能になる。電子は、カソードからアノードの方向に進む。これらのデバイスは、それだけに限定されないが、マイクロ波用真空管デバイス、電力増幅器、イオン銃、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、電子顕微鏡、特にフラットパネルディスプレイを含めて様々な応用分野で使用することができる。フラットパネルディスプレイは、従来の陰極線管の代わりに使用することができる。従って、それはテレビジョン及びコンピュータ用モニタに利用される。
カーボンナノチューブ(CNT)は、直径約1ミクロン未満の虫食い状カーボンデポジットである。CNTは様々な形で存在し、炭素供給原料として固体の炭素を使用する高温炭素アーク法、及びグラファイトロッドと遷移金属の同時レーザ蒸発法によって、様々な炭素含有ガスを金属表面上で接触分解して調製する。米国特許第4663230号で、Tennentは、円筒状の規則正しいグラファイトのコア及び熱分解炭素で汚染されていない規則正しい「成長したままの」グラファイト様表面を有する直径の小さいナノチューブを成長させることに成功した。Tennentは、熱分解炭素の連続したオーバーコートのない、実質的にフィブリル軸に平行なグラファイト様の多層の表層を有するカーボンナノチューブを記載している。そのようなカーボンナノチューブは、グラファイトの湾曲した層に対する接線に垂直であり、実質的にその円筒軸に垂直である軸、すなわちc軸を有するものとして特徴づけることができる。その直径は一般に0.1ミクロン以下であり、長さと直径の比は少なくとも5である。実質的にフィブリル軸に平行なグラファイト様の層を有し、直径が3.5〜75nmであるこうしたナノチューブは、Tennentらの米国特許第5165909号及びTennentらの米国特許第5171560号に記載されており、この両者を参照により本明細書に組み込む。
電気泳動浴
カーボンナノチューブの電気泳動デポジションは、電気泳動浴中で行うことができる。この浴は、カーボンナノチューブの溶液を含むチャンバ、及び対向電極間にあるカーボンナノチューブによってある距離分離された2つの対向電極を浸漬する手段からなる。この浴の外部にある直流電源を使用して、浴に浸漬した2つの電極間に電圧を印加する。カソード側導線をパターン付アルミニウム基板に接続し、アノード側導線をもう一方の電極に接続する。タンタルを第2の金属として使用した。2つの電極に印加される電圧は、適切なレベルに調整することができる、すなわち電圧は2つの電極間に適切な電流が流れるように調整することができる。カーボンナノチューブのアルミニウムへの付着は、バインダによって向上させることができる。バインダは、銀ペースト、カーボンナノチューブ及びエタノールの混合物でよい。或いはバインダは、導電性カーボンペースト、導電性金属ペースト、又は炭素化可能なポリマーでもよい。
フィールドエミッタ基板を電気泳動浴中に入れる。複数のカソードをガラス基板上に配置し、孔付きの誘電体膜をカソードの上に形成する。誘電体膜の孔の上に位置する開口部付の金属ゲートを形成して、カソードの表面を露出させる。次いで、カーボンナノチューブを、室温での電気泳動デポジションによって、得られた基板上に、すなわち孔を通して露出したカソード表面上に均一にデポジットさせる。
電気泳動によってカーボンナノチューブ粒子をデポジションした後、カーボンナノチューブのカソード上へのデポジションを持続させ、デポジション中にフィールドエミッタ内に組み込まれた不純物の容易な除去を保証するために低温の加熱を行う。
図17を参照すると、イソプロピルアルコール(IPA)150ml及び酸洗したカーボンナノチューブ0.44gを含む溶液を形成する。この溶液を電気泳動浴5000に入れる。
「集成物」とは、ナノチューブの粒子状ミクロ構造体をいう。
電気泳動(上記の背景技術のセクションに記載)に加えて、スクリーン印刷など他の方法を、フィールドエミッションデバイスの作製に使用するパターンを得るために使用することもできる。スクリーン印刷の方法は、すでに米国特許第6239547号に開示されている。カーボンナノチューブは、スクリーン印刷の他、インクジェット印刷によっても基板に施すことができる。インク印刷は、カーボンナノチューブベースの液体媒体、又はフィブリルがほぼほぐされたインクによって実施される。インクは通常、キャリア用液体、カーボンナノチューブ、及び通常はポリマーバインダも含む。有用なバインダには、VAGH、VAGF、酢酸酪酸セルロース、エチルセルロース、架橋可能なポリマー、及びアクリル酸ポリマーが含まれる。これらはインクの1〜7重量%の範囲で存在することができる。液体ビークルは極性有機溶媒、好ましくは沸点150℃〜200℃のものでよい。
カーボンナノチューブはマットの形でデポジットさせることもできる。密度が0.10〜0.40g/ccで、表面積が100m2/gより大きいこうした多孔質のマットは、ナノチューブ懸濁液ろ過によって好都合に形成される。方法は、ともに参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6099965号及び同第6031711号により詳しく開示されている。ナノチューブを集成物の形で供給する場合には、マットを作製する前にナノチューブを十分ほぐす必要はない。簡単な例として、ウオーリング(Waring)ブレンダを使用して水中ナノチューブを約0.5%含むナノチューブ懸濁液を調製した。続いて0.1%まで希釈した後、ナノチューブをプローブタイプの超音波処理装置(sonifier)によってさらに分散させた。次いで、分散液を真空ろ過してマットを形成し、次いでオーブンで乾燥した。これにより上面と下面があるフィルタケーキが得られる。当初は下面に接着していたフィルタ材料を剥がしとると、マットがうまく作製される。酸化したナノチューブは特に容易に水性媒体中に分散するが、次いでそれを水性媒体からろ別する。
好ましい一実施形態では、カーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブのマットをプラズマ処理にかける。さらに別の好ましい一実施形態では、カーボンナノチューブを含むスクリーン印刷したインクをプラズマ処理にかける。或いは、フィールドエミッションカソード自体又はフィールドエミッションデバイス自体をプラズマ処理にかけることもある。プラズマ処理すると、カーボンナノチューブのマット又はインクのフィールドエミッションの性能が改善され、従ってより良好なフィールドエミッションカソード又はフィールドエミッションデバイスがもたらされる。
好ましい一実施形態では、カーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブのマットを、レーザ処理にかける。さらに別の好ましい一実施形態では、カーボンナノチューブを含むスクリーン印刷されたインクを、レーザ処理にかける。レーザ処理によって、カーボンナノチューブのマット又はインクのフィールドエミッションの性能が改善され、従ってより良好なフィールドエミッションカソード又はフィールドエミッションデバイスがもたらされる。
良好なフィールドエミッション特性がPVDFバインダを用いたCNTマットによって得られた。マットを調製するために、PVDF(Kynar 741)0.04gをアセトン150mlに溶解した。ウオーリング(Waring)ブレンダでCCタイプのカーボンナノチューブ0.16gをPVDF/アセトン溶液中にブレンドした。懸濁液が均一になってから、脱イオン水を加え、PVDFを沈殿させた。CCタイプのカーボンナノチューブは、沈殿したPVDF内に取り込まれた。沈殿を水で洗浄し、ナイロンメンブレン上でろ過して、薄いマットを形成した。マットにマークを付けて、上面(空気面)と下面(ナイロンメンブレン面)が判別できるようにした。マットを低温のオーブン(80℃)で乾燥し、ラベル296−29−3をつけた。
疎水性のカーボンナノチューブの安定な分散液は、界面活性剤や分散助剤のような表面活性剤の使用によって得ることができる。次いで、その分散液を使用してマットを作製することができる。スルフィノール(Surfynol)CT324(Air Products製)0.55gを脱イオン水200mlに溶解した。CCタイプのカーボンナノチューブ0.15gを加え、プローブ型超音波処理装置(sonicator)(Branson製)を使用して分散した。分散した材料を、ナイロンメンブレン(ポアサイズ0.45ミクロン)でろ過し、空気中で乾燥した。乾燥後、マットを、ナイロンメンブレンから分離することができた。マットにマークを付けて、上面(空気側)と下面(ナイロンメンブレン側)が判別できるようにした。このマットにラベル296−29−1をつけた。
カーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブフィルムは、化学的又は機械的な処理によって改変することができる。その表面を、処理して官能基を導入することができる。使用することができる技法には、電磁放射、イオン化放射、又はプラズマに、或いは酸化剤、求電子剤、求核剤、還元剤、強酸、強塩基及び/又はそれらの組合せなどの化学試薬にカーボンナノチューブを暴露することなどが含まれる。特に重要であるのはUVレーザ照射処理及びプラズマ処理である。
照射処理は、カーボンフィブリル、フィブリル構造体及び/又はその中にナノチューブを含むマトリックスの表面特性を改変するために行う。カソード動作を向上させるためにUV放射を利用して膨大な実験が行われてきた。当初はスクリーン印刷されたCNTカソードについての研究が行われたが、ごく最近にはCNTマットについての結果が得られている。
気相の炭化水素から触媒作用で成長させたCNTを、従来の有機バインダを使用してITO(酸化インジウムスズ)/ガラス基板上にスクリーン印刷し、空気中350〜450℃で30分間焼成した。CNTカソードの面積は8×8mm2であった。150ミクロンのスペーサを備えたダイオード構造体を使用してエミッション電流を測定した。ダイオード構造体中のアノード(アノード面積:5×5mm2)として働くITO/ガラス基板上の蛍光体のスクリーンを通して電子のエミッションパターンを観察した。アノードとカソードの間のスペーサは非常に薄いので、電子のエミッション領域はアノードのサイズと同じサイズになるはずである。データに示された電界は、アノードへの印加バイアスをスペーサの厚さで除し蛍光体/CNT厚さを引いた値であると定義し、エミッション電流の密度は、エミッション電流をアノード面積で除して計算した。Qスイッチ付の波長可変Nd:YAG(ネオジム:イットリウム−アルミニウム−ガーネット)レーザからの波長349及び266nmのUV照射を使用してCNTカソードを照射した。波長可変UVレーザの反復周波数は、10ヘルツであり、パルス持続時間は5ナノ秒であった。レーザのエネルギー密度20.3、10.2、及び2.25mJ/cm2は、レーザのエネルギーの平均値1mJにおいてレーザスポット面積を4.9、9.8、及び44.4mm2に変更することによって調整した。照射時間は10秒〜60秒で変えた。それぞれの照射時間後カソード領域内でレーザスポットをオーバラップ度25%で移動させた。雰囲気がレーザ照射に及ぼす影響を調べるために、空気中及び真空中の照射をともにエネルギー密度20.3mJ/cm2で60秒間行った。またCNTカソードは、エネルギー処理を比較するために様々な条件下で、30keVのGaイオンビームで照射し、又はArプラズマに暴露した。
アルミニウムフィルム/ガラス基板の表面上にCNTマットを銀ペーストで貼り付けた。あらかじめITO(酸化インジウムスズ)/ガラス基板上にCNT試料を有機バインダでスクリーン印刷した。CNTマットエミッタ(上面及び下面について)及びスクリーン印刷したCNTエミッタのI−V特性を試験した。さらに、UVレーザ照射を空気中で行ってエミッション特性を改善した[3、4]。266nmのUVレーザは、パルス幅5ナノ秒、照射エネルギー密度20.3mJ/cm2、反復周波数10Hzである。その照射は、CNTエミッタ面上の照射アレイのそれぞれのスポットについて60秒間継続させた。
図3、4、及び5に示すように、ガラス基板上へのスクリーン印刷によって作製されたカーボンナノチューブ(CNT)カソードからのエミッション特性を、超高真空チャンバ(5.3×10−8Pa)内でエージング後に測定した。ガラス基板上のCNTカソードを、放電電圧250V、真空度40Paのアルゴン(Ar)プラズマに暴露した。プラズマへの暴露時間を以下の時間(30秒、1分、2分、3分、4分及び5分)のように変えた。CNTカソードからのエミッション特性を、超高真空チャンバ中で測定した。図3は、3分間のプラズマ処理の前後におけるCNTカソードのI−V特性を示す。エミッション電流は、3分間のArプラズマ処理後、電界4V/μmで3桁、つまり9.0×10−5から0.3mA/cm2まで増加し、ターンオン電圧は3.3V/μmから1.7V/μmに低下した。図4は、4.6V/μmにおける電子のエミッションパターン、(a)はプラズマ処理前、(b)は3分間のプラズマ処理後を示す。これによって、プラズマ処理後エミッションサイトの数及び強度が増加することが明確に示されている。こうした結果から、エミッション特性はプラズマ処理で大きく向上したことがわかる。図5は、プラズマ処理前後の走査型電子顕微鏡(SEM)を使用したCNT像を示す。スクリーン印刷後もつれあっていたCNTの束はいくらかほぐれ、Arプラズマ処理後のカソード表面に垂直なある程度の配向がもたらされた。特定の理論に束縛されるものではないが、プラズマ処理後のCNTで観察することが可能なこの配向効果が、プラズマ処理後の電子エミッションの向上に寄与していると考えられる。
カーボンナノチューブを含むインク(試料296−47−02)を下記のようにして調製した。まず撹拌バー付のホットプレート上60℃でVAGH(DOW社のヒドロキシル修飾ビニルコポリマ)9.5gをγブチロラクトン100gとともに、このバインダが完全に溶解するまで混合することによって、ポリマーバインダと液体ビークルを調製した。VAGHが溶解すると、清澄なライトイエロー溶液が得られた。界面活性剤トリトン−X1gを溶液に加え、撹拌して溶解した。乾燥したカーボンフィブリル2.0gを加え、混合物をプローブ型ブランソン超音波処理装置により450Wで超音波処理した。ゲル状のスラリーが得られるまで超音波処理を続けた。次いで3ロールミルを使用して均一で粘性のあるインクになるまでインクを摩砕した。インクを3ロールミルに4回通す処理にかけ、最後にステンレス鋼製の500メッシュスクリーンフィルタでろ過した。
ガラス基板上にカーボンナノチューブインクをスクリーン印刷することによって作製されたカーボンナノチューブ(CNT)カソードからのエミッションの特性を、超高真空チャンバ(5.3×10−8Pa)内でエージング後測定した。ガラス基板上のCNTカソードを、放電電圧250V、真空度40Paのアルゴン(Ar)プラズマに暴露した。プラズマへの暴露時間を以下の時間(30秒、1分、2分、3分、4分及び5分)のように変えた。CNTカソードからのエミッションの特性を、超高真空チャンバ中で測定した。エミッション電流は、3分間のArプラズマ処理後電界4V/μmで3桁、つまり9.0×10−5から0.3mA/cm2まで増加し、ターンオン電圧は3.3V/μmから1.7V/μmに低下した。プラズマ処理3分間の前後の4.6V/μmにおける電子エミッションパターンから、プラズマ処理後エミッションサイトの数及び強度が増加することが明確にわかる。プラズマ処理前後のカソード表面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を記録した。その像から、スクリーン印刷後もつれあっていたCNTの束はいくらかほぐれ、表面のArプラズマ処理後のカソードに垂直なある程度の配向がもたらされたことがわかる。特定の理論に束縛されるものではないが、プラズマ処理後のCNTで観察することが可能なこの配向効果が、プラズマ処理後の電子エミッションの向上に寄与していると考えられる。こうした結果によって、エミッション特性がプラズマ処理によって著しく改善したことが示されている。
ガラス基板上にカーボンナノチューブインクをスクリーン印刷することによって作製されたカーボンナノチューブ(CNT)カソードからのエミッションの特性を、UVレーザ処理の前後で測定した。波長可変レーザからの波長349及び266nmのUVレーザ光を使用して、楕円ビームのスポットサイズ4.9、9.8、及び44.4mm2にそれぞれ対応する20.3、10.2、及び2.25mJ/cm2の平均エネルギー密度で空気中及び真空チャンバ(圧力:1×10−5Pa)中で1分間CNT試料を照射した。レーザの反復周波数は10Hzで、パルス持続時間は5ナノ秒である。スペーサ125mmのダイオード構造体(アノード面積:5×5mm2)を使用してエミッション電流を測定した。電子エミッションパターンをITOアノード上の蛍光体スクリーンを通して観察した。空気中平均照射エネルギー密度が20.3及び10.2mJ/cm2の349及び266nm2つのUVレーザで照射されたCNT試料のエミッション特性は、レーザ照射後劇的に向上した。例えば、エミッション電流密度は、8.9から259.4mA/cm2に増加し、ターンオン電界は3.6から2.9V/ミクロンに減少した。
参考文献
光源用フィールドエミッションカソードへのカーボンナノチューブの使用
PCT特許出願PCT/SE00/015221−−「光源及びフィールドエミッションカソード」(A Light Source,and a Field Emission Cathode)
その他の使用
PCT特許出願PCT/US 99/13648−−「自立型及び配列型カーボンナノチューブ、並びにその合成」(Free−Standing and Aligned Carbon Nanotubes and Synthesis Thereof)
(走査型電子顕微鏡、アルカリ金属電池、電磁干渉型シールド、及び微小電極)
追補
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カーボンナノチューブの酸化方法は、2002年1月8日出願の米国特許出願第10/041165号(2138)、米国特許第5965470号(2140)、米国特許第6099965号(3480)、米国特許第5853877号(3660)、2000年2月9日出願の米国特許出願第09/500740号(3493)、1999年7月21日出願の米国特許出願第09/358745号(4070)及び2001年10月29日出願の米国特許出願第10/005586号に記載されている。
ナノチューブマットの形成は、米国特許第5691054号(3130)、米国特許第5846658号(3140)、米国特許第6099965号(3480)、2000年2月9日出願の米国特許出願第09/500740号(3493)、米国特許第6031711号(3600)、米国特許第6099960号(3630)、米国特許第6205016号(3760)、米国特許第5800706号(3510)、米国特許第5985112号(3890)に記載されている。
単層カーボンナノチューブの製造は米国特許第6221330号(3830)に記載されている。
プラズマ処理は、1996年9月17日出願の米国特許出願第08/715027号に記載されている。
PVDFとナノチューブの組合せは、2001年7月11日出願の米国特許出願第09/903189号及び2001年11月20日出願の米国特許出願第09/988973号に記載されている。
フィブリル集成物は、米国特許第5456897号(2260)に記載されている。
カーボンナノチューブを含むカソードは2002年6月14日出願の米国特許出願第10/171760号に記載されている。
ナノチューブインクは、2003年6月16日出願のPCT出願「インク及びコーティングに基づく電子伝導性カーボンフィブリル」(Electroconductive Carbon Fibril based inks and Coatings)、PCT/US03/19068に記載されている。
Claims (82)
- アノードと、カーボンナノチューブマットを備えるカソードとを備えるフィールドエミッションデバイスであって、前記カーボンナノチューブマットが、複数のナノチューブを液体懸濁液からろ過することによって形成されるフィルタケーキから得られるデバイス。
- 前記マットが上面及び反対側の下面を有し、前記下面は形成される間にフィルタに隣接して配設されるフィルタケーキ表面に対応し、前記上面が前記カソードのエミッティング面として働く、請求項1に記載のデバイス。
- 前記複数のナノチューブが直径約1ミクロン未満である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記複数のナノチューブが魚骨に似た形態を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記複数のナノチューブが単層を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記複数のナノチューブが酸化されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記ナノチューブが架橋されている、請求項6に記載のデバイス。
- 前記フィルタケーキがバインダの存在下で形成される、請求項1、3、4、5、6及び7のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記バインダが溶媒可溶のフッ素ポリマーである、請求項8に記載のデバイス。
- 前記バインダがPVDFである、請求項9に記載のデバイス。
- カーボンナノチューブマットを備え、前記カーボンナノチューブマットが、複数のナノチューブを液体懸濁液からろ過することによって形成されるフィルタケーキから得られる、フィールドエミッションカソード。
- 前記マットが上面及び反対側の下面を有し、前記下面は形成される間にフィルタに隣接して配設されるフィルタケーキ表面に対応し、前記上面が前記カソードのエミッティング面として働く、請求項11に記載のカソード。
- ターンオン電圧を改善するために、ナノチューブを備えるフィールドエミッションカソードを処理する方法であって、適切な波長の放射で十分な時間と強度で前記カソードを照射することを含む、上記方法。
- 照射において、前記放射が紫外領域にある、請求項13に記載の方法。
- 照射において、前記カソードをレーザで露光する、請求項13に記載の方法。
- 前記レーザがパルスである、請求項15に記載の方法。
- 前記放射が約349nm未満の波長を有する、請求項15に記載の方法。
- 前記放射が約10.3mJ/cm2より大きいエネルギー密度を有する、請求項15に記載の方法。
- 照射を空気中で行う、請求項13に記載の方法。
- 照射を少なくとも1トールの酸素分圧で行う、請求項13に記載の方法。
- 前記カソードがカーボンナノチューブマットを備え、前記カーボンナノチューブマットが、複数のナノチューブを液体懸濁液からろ過することによって形成されるフィルタケーキから得られる、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記マットが上面及び反対側の下面を有し、前記下面は形成される間にフィルタに隣接して配設されるフィルタケーキ表面に対応し、前記上面が前記カソードのエミッティング面として働く、請求項21に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが直径約1ミクロン未満である、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが魚骨に似た形態を有する、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが単層を有する、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが酸化されている、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノチューブが架橋されている、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- フィルタケーキがバインダの存在下で形成される、請求項21に記載の方法。
- 前記バインダが溶媒可溶のフッ素ポリマーである、請求項28に記載の方法。
- 前記バインダがPVDFである、請求項29に記載の方法。
- 請求項13から20までのいずれか一項に記載の処理をされたフィールドエミッションカソード。
- カソードエミッション電流密度を改善するために、ナノチューブを備えるフィールドエミッションカソードを処理する方法であって、適切な波長の放射で十分な時間と強度でカソードを照射することを含む、上記方法。
- 照射において、前記放射が紫外領域にある、請求項32に記載の方法。
- 照射において、前記カソードをレーザで露光する、請求項32に記載の方法。
- 前記レーザがパルスである、請求項34に記載の方法。
- 前記放射が約349nm未満の波長を有する、請求項34に記載の方法。
- 前記放射が約10.3mJ/cm2より大きいエネルギー密度を有する、請求項34に記載の方法。
- 照射を空気中で行う、請求項32に記載の方法。
- 照射を少なくとも1トールの酸素分圧で行う、請求項32に記載の方法。
- 前記カソードがカーボンナノチューブマットを備え、前記カーボンナノチューブマットが、複数のナノチューブを液体懸濁液からろ過することによって形成されるフィルタケーキから得られる、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記マットが上面及び反対側の下面を有し、前記下面は形成される間にフィルタに隣接して配設されるフィルタケーキ表面に対応し、前記上面が前記カソードのエミッティング面として働く、請求項40に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが直径約1ミクロン未満である、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが魚骨に似た形態を有する、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが単層を有する、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが酸化されている、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノチューブが架橋されている、請求項32から39までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記フィルタケーキがバインダの存在下で形成される、請求項40に記載の方法。
- 前記バインダが溶媒可溶のフッ素ポリマーである、請求項47に記載の方法。
- 前記バインダがPVDFである、請求項48に記載の方法。
- 請求項32から39までのいずれか一項に記載の処理をされたフィールドエミッションカソード。
- エミッションサイトの数を増加させ、カソード全域のエミッションの均一性を向上させるために、ナノチューブを備えるフィールドエミッションカソードを処理する方法であって、適切な波長の放射で十分な時間及び強度で前記カソードを照射することを含む方法。
- ターンオン電圧を改善するために、ナノチューブを備えるフィールドエミッションカソードを処理する方法であって、十分な条件下で低温プラズマに前記カソードを暴露することを含む方法。
- 前記プラズマが希ガスプラズマである、請求項52に記載の方法。
- 前記プラズマがアルゴンプラズマである、請求項53に記載の方法。
- 前記プラズマが希ガスを含むガス混合物である、請求項52に記載の方法。
- 前記カソードがカーボンナノチューブマットを備え、前記カーボンナノチューブマットが、複数のナノチューブを液体懸濁液からろ過することによって形成されるフィルタケーキから得られる、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記マットが上面及び反対側の下面を有し、前記下面は形成される間にフィルタに隣接して配設されるフィルタケーキ表面に対応し、前記上面がカソードのエミッティング面として働く、請求項56に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが直径約1ミクロン未満である、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが魚骨に似た形態を有する、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが単層を有する、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが酸化されている、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノチューブが架橋されている、請求項52から55までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記フィルタケーキがバインダの存在下で形成される、請求項56に記載の方法。
- 前記バインダが溶媒可溶のフッ素ポリマーである、請求項63に記載の方法。
- 前記バインダがPVDFである、請求項64に記載の方法。
- 請求項52から55までのいずれか一項に記載の処理をされたフィールドエミッションカソード。
- 十分な時間及び強度で構造体を照射することを含む、前記構造体内のナノチューブを配向させる方法。
- 十分な条件下で低温プラズマに構造体を暴露することを含む、前記構造体内のナノチューブを配向させる方法。
- 円筒軸と同心円状の1つ又は複数のグラファイト層を有する前記複数のナノチューブが実質的に円筒状であり、前記ナノチューブが熱分解でデポジットされたカーボンオーバーコートを実質的に含まず、0.4nm〜100nmの実質的に均一な直径を有し、長さと直径の比が5より大きい、請求項1に記載のデバイス。
- 円筒軸と同心円状の1つ又は複数のグラファイト層を有する前記複数のナノチューブが実質的に円筒状であり、前記ナノチューブが熱分解でデポジットされたカーボンオーバーコートを実質的に含まず、0.4nm〜100nmの実質的に均一な直径を有し、長さと直径の比が5より大きい、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記カソードがフィルムを備え、前記フィルムがインクを基板上に置くことによって作製され、前記インクがキャリア液体及びカーボンナノチューブを含む、請求項13から20までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記インクを置くことが、スクリーン印刷、インクジェット印刷及びスプレーペインティングからなる群から選択される方法によって行われる、請求項71に記載の方法。
- 請求項71に記載の処理をされたフィールドエミッションカソード。
- 前記プラズマが、酸素、水素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、水、窒素、エチレン、四塩化炭素、六フッ化硫黄、ペルフルオロエチレン、フッ素、フルオロホルム、塩素、ジフルオロジクロロメタン、ブロモトリフルオロメタン、クロロトリフルオロメタン、臭素及びその混合物からなる群から選択される、請求項52に記載の方法。
- 前記カソードがフィルムを備え、前記フィルムがインクを基板上に載置することによって作製され、前記インクがキャリア液体及びカーボンナノチューブを含む、請求項52から55まで及び74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記インクを載置することが、スクリーン印刷、インクジェット印刷及びスプレー塗装からなる群から選択される方法によって行われる、請求項75に記載の方法。
- 請求項75に記載の処理をされたフィールドエミッションカソード。
- 前記複数のナノチューブが直径約1ミクロン未満である、請求項71及び75のいずれかに記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが魚骨に似た形態を有する、請求項71及び75のいずれかに記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが単層を有する、請求項71及び75のいずれかに記載の方法。
- 前記複数のナノチューブが酸化されている、請求項71及び75のいずれかに記載の方法。
- 前記ナノチューブが架橋されている、請求項71及び75のいずれかに記載の方法。
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