TWI363362B - Thermal emission electron source - Google Patents

Description

101年.02月08日修正替換頁 1363362 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001]本發3月涉及一種熱發射電子源，尤其涉及一種基於奈米 碳管的熱發射電子源。 【先前技術】 [0002]熱電子發射係把物體加熱到足夠高的溫度，物體内部電 子的能莖隨著溫度的升ifj而增大，其中一部分電子的能 量大到足以克服阻礙它們逸出的障礙，即逸出功，而由 物體内進入真空。在熱電子發射過程中，發射電子的物 體被稱為熱發射電子源◊良妤的熱發射電子源的材料應 滿足下列要求：其一，逸出功低，熔點高，蒸發率小； 其二，具有良好的機械性能，尤其高溫性能；其三良 好的化學穩定性。普通熱電子源材料通常採用純金屬材 料、硼化物材科或者氧化物材料。 [0003]採用純金屬材料製備熱發射電子源時，通常熱發射電子 源為帶狀、絲狀、薄膜狀或網狀的純金屬材料，其具有 較高的比表面積。傳統的亦為最常見的熱發射電子源為 鈍鎢絲，其由許多纖維狀的長條微晶組成。純鎢絲作為 熱發射電子源的優點係價格較便宜，對真空度要求不言 ，缺點係熱電子發射效率低，發射源真徑較大，即使經 過二級或三級聚光鏡，在樣品表面上的電子束斑直徑也 在5奈米-7奈米，因此儀器解析度受到限制。而且，鶴絲 被加熱到高溫再冷卻後即產生再結晶，其晶粒由原來的 細長纖維變為塊狀結晶，因此，鎢絲易變脆，極易斷驴 ’大大影響了其作為熱發射電子源的壽命。 第3頁/共23頁 09711529^單編號 A0101 ^13045218-0 [0004]1363362 採用硼化物材料或金屬氧化物材料製備熱發射電子源時 ，該熱發射電子源的結構為硼化物材料或金屬氧化物材 料包覆在耐炫基金屬基底的表面β由於此類熱發射電子 源的化學性能十分穩定，且逸出功較低，所以廣泛地用 作電子束分析儀器、電子束加工設備、粒子加速器以及 其他一些動態真空系統中的電子源。然而這樣製備的熱 發射電子源中塗層和金屬基底結合不牢固，容易脫落。 此外，在工作溫度下，熱發射電子源中的硼元素容易蒸 發，極大縮短了熱電子發射體的壽命。 [0005] 奈米碳管（Carbon Nanotube，CNT)係一種新型碳材料 ，請參見 “Helical Microtubules of Graphitic

Carbon , S. Iijima, Nature, vol.354, p56 (1991)。奈米碳管具有極優異的導電性能、良好的化學 穩定性和大的長徑比，且具有較高的機械強度，因而奈 米妓管在熱發射真空電子源領域具有潛在的應用前景。 柳鵬等人提供一種基於奈米碳管的熱發射電子源，請參 見 Thermionic emission and work function of multiwalled carbon nanotube yarns", Peng Liu et al， PHYSICAL REVIEW B， Vol73， P235412-1 (20〇6)。該熱發射電子源採用奈米碳管長線 作為熱發射電子源，由於奈米碳管具有較高的機械強度 ，因此該熱發射電子源具有較長的壽命，然，由於奈米 碳管具有較高的逸出功（4. 54-4. 64電子伏），所以該 熱發射電子源發射效率較低，當奈米碳管長線的溫度達 到2000C時方能發射電子，因此，難以在較低的溫度下 _529产單编號A〇101 第4頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年.02月08日修正替換頁 獲得較高的熱發射電流密度。 [0006] 有鑑於此，提供一種壽命較長，能在較低的溫度下發射 電子且發射效率較高的熱發射電子源實為必要。 【發明内容】 [0007] 一種熱發射電子源包括一奈米碳管絞線，其中，該奈米 碳管絞線包括複數個相互纏繞的奈米碳管，該熱發射電 子源進一步包括低逸出功材料顆粒，該低逸出功材料顆 粒至少部分填充於該奈米碳管絞線内。 [0008] 與先前技術相比較，本技術方案所提供的熱發射電子源 中低逸出功材料填充於奈米碳管絞線内，與奈米碳管絞 線結合牢固，不易脫落，因此該熱發射電子源壽命較長 。而且，低逸出功材料可以使該熱發射電子源能在較低 的溫度下發射電子，因此該熱發射電子源發射效率較高 。另外，該熱發射電子源可廣泛應用於真空螢光顯示器 、X射線管和電子腔等儀器設備中。 【實施方式】 [0009] 以下將結合附圖詳細說明本技術方蒙熱發射電子源及其 製備方法。 [0010] 請參閱圖1，本技術方案實施例提供一種熱發射電子源10 ，包括至少一奈米碳管絞線12，該熱發射電子源10進一 步包括複數個低逸出功材料顆粒14，其中，該複數個低 逸出功材料顆粒14部分填充於該奈米碳管絞線12内、部 分附著在該奈米碳管絞線12表面且均勻分佈，即，該低 逸出功材料顆粒14均勻分佈於奈米碳管絞線12内部或表 09711529产早編號 A〇101 第5頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年.02月08日修正替換頁 面。 [0011] 可選擇地，上述熱發射電子源10進一步包括一第一電極 16和一第二電極18,第一電極16和一第二電極18間隔設 置於熱發射電子源10的兩端，並與熱發射電子源10的兩 端電性連接，可通過導電膠將熱發射電子源10的兩端分 別粘附於第一電極16和一第二電極18上。所述電極材料 可選擇為金、銀、銅、奈米碳管或石墨等導電物質，所 述第一電極16和第二電極18的具體結構不限，本實施例 中，所述第一電極16和第二電極18優選為一長方體結構 的銅塊，熱發射電子源10的兩端分別通過銀膠粘附於第 一電極16和第二電極18上，實現熱發射電子源10與第一 電極16和第二電極18的電性連接。第一電極16和第二電 極18用於使熱發射電子源10與外部電路電連接，使熱發 射電子源10在應用時更加方便。 [0012] 所述之奈米碳管絞線12包括複數個相互纏繞的奈米碳管 ，奈米碳管在奈米碳管絞線12中均勻分佈，該奈米碳管 之間通過凡德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管絞線12的直 徑為20微米-1毫米。該奈米碳管絞線12中的奈米碳管為 單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管或其任意 組合的混合物。所述單壁奈米碳管的直徑為0. 5-50奈米 ，雙壁奈米碳管的直徑為1-50奈米，多壁奈米碳管的直 徑為1. 5-50奈米，奈米碳管的長度均為10微米-5000微 米。 [0013] 所述低逸出功材料顆粒14為氧化鋇顆粒、氧化锶顆粒、 氧化鈣顆粒、硼化钍顆粒、硼化釔顆粒或其任意組合的 1013045218-0 09711529^單編號Α〇1ίΠ 第6頁/共23頁 1363362 混合物，該低逸出 米。 功材料顆粒14 [101^-02^ oejggg 的直徑為1〇奈米-100微 [0014]

知參間圖所述低逸出功㈣軸U至少部分填充於奈 米碳管絞線12内部。低逸出功材料顆粒U的質量為奈米 碳管絞線12的質量的5{)%__。可以理解逸出功材料 顆粒H與奈米碳營絞線12的結構關係包括以下三種同時 存在的情況：其―，當逸出功材料魏U的直徑小於奈 来碳管絞線12的直徑時，該逸出功材料顆粒听 完全： 充於奈緑管絞線12_部；其二，低逸出功材料顆粒 14的-部分填充於奈来碳管絞奶的内部，逸出功材料 顆粒14另-部分在奈米碳管絞線12的表面；其三，一些 低逸出功材料雛14也可完全分佈在奈米碳管絞線12的 表面。由於低逸出功材料顆粒14至少部分填充於奈来碳 官絞線12内部，因此，低逸出功材料顆粒14與奈米碳管 絞線12結合較為牢固。熱發射電子源1〇發射電子時的溫 度與低逸出功材料顆粒14的質量有關。低逸出功材料顆 粒14的質量越大，熱發射電子源1〇發射電子時的溫度越 低’低逸出功材料顆粒14的質量越小，熱發射電子源10 發射電子時的溫度越高。本技術方案所提供的熱發射電 子源10的最低發射溫度可為8〇(rc。 [0015] 進—步地，兩個或兩個以上的至少内部填充有低逸出功 材料顆粒14的奈米碳管絞線12可相互扭曲纏繞形成一熱 發射電子源10，該熱發射電子源1〇具有更大的直徑，方 便應用於宏觀領域，且該熱發射電子源10強度更大，壽 命較長。 〇9711529产單編號 A0101 第7頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年02月08日修正替換頁 [0016] 步地，至少一至少内部填充有低逸出功材料顆粒14 的奈米碳管絞線12可與至少一導線（圖未示）相互扭曲 纏繞形成一複合絞線結構，該複合絞線結構作為熱發射 電子源1〇可具有較大的強度，壽命較長。該導線的材料 不限可為金、銀、銅、或石墨等導電物質。 [0017] 應用時’在熱發射電子源10的兩端加一定的電壓，或在 第一電極u和第二電極18之間施加一定的電壓，該電壓 使奈米碜管絞線12中產生電流，由於焦耳熱的作用，使 奈米碳言絞線12逐漸升溫，奈米碳管絞線12將熱量傳遞 φ 低逸出功材料顆粒14，該低逸出功材料顆粒14内部的 電子隨著溫度的升高能量逐漸增加，當熱發射電子源10 的/JBl度達到800°c左右時，電子的能量超出低逸出功材料 顆粒14的逸出功，便從該低逸出功材料顆粒⑽逸出， 即該熱發射電子源丨0發射出電子。 [0018] 本技術方案所提供的熱發射電子源1Q存在以下優點：其 一’熱發射電子源10中的低逸出功材料顆粒魔該熱發 射電子源1G開始發射電子的溫度降低，提高了熱發射電 « 子源1◦的熱發射效率；其二，低逸出雜料顆粒14填充 於奈米碳做線12内、附著在奈米碳管絞線邮面且均 勾分佈’與奈米碳管絞線12結合牢固，不易脫落，因此 該熱發射電子源1Q的壽命較長；其三，由於奈米碳管絞 線12的比表面餘大，可使❹的⑼雜料顆粒14填 充於奈《管絞線12内、附著在奈米碳管絞㈣表面且 均句分佈（逸出功材料顆粒14的質量為奈米碳管絞仙 的_-_，顯著降低熱發射電子源1〇發射電子時的 09711529产單編號 A〇101 第8頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年.02月08日梭正_頁 溫度（可最低降至〇C)。 [0019] 請參閱圖2，本技術方案實施例提供一種製備上述熱發射 電子源1 0的方法，具體包括以下步驟： [0020] 步驟一：提供一奈米碳管薄膜。 [0021] 該奈米碳管薄膜的製備方法包括以下步驟： [0022] 首先，提供一奈米碳管陣列形成於一基底，優選地，該 陣列為定向排列的奈米碳管陣列。 • [0023] 本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管 陣列'雙壁奈米碳管陣列及多壁奈米碳管陣列中的一種 。該奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，其 具體步驟包括：（a)提供一平整基底，該基底可選用P 型或N型矽基底，或遘用形成有·氧化層的矽基底，本技術 方案實施例優選為採用4英寸的矽基底；（b)在基底表 面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵（Fe )、鈷（Co)、鎳（Ni)或其任意組合的合金之一；（c • )將上述形成有催化劑層的基底在700°C-900°C的空氣中 退火約30分鐘-90分鐘；（d)將處理過的基底置於反應 爐中，在保護氣體環境丁加熱到500°C-74(TC，然後通入 碳源氣體反應約5分鐘_30分鐘’生長得到奈米碳管陣列 。該奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直於基底生長 的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長 條件，該定向排列的奈米碳管陣列中基本不含有雜質， 如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。 [0024] 本技術方案實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯等化學性 09"711529产單编號A0101 第9頁/ - 23頁 1013045218-0 1363362 __ 101年.02月08日修正替換頁 質較活潑的碳氫化合物，本技術方案實施例優選的碳源 氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本技術方案實 施例優選的保護氣體為氬氣。 [0025] 可以理解，本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列不限 於上述製備方法，也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法 、鐳射蒸發沈積法等等。 [0026] 其次，利用上述奈米碳管陣列製備一奈米碳管薄膜。 [0027] 奈米碳管薄膜的製備方法分為兩種，一種為絮化方法，

一種為擠壓方法。絮化方法包括以下步驟： I

[0028] (一）採用刀片或其他工具將上述奈米碳管陣列從基底 刮落，獲得一奈米碳管原料。 [0029] 所述之奈米碳管原料中，奈米碳管的長度大於10微米。 [0030] (二）將上述奈米碳管原料添加到一溶劑中並進行絮化 處理獲得一奈米碳管絮狀結構，將上述奈米碳管絮狀結 構從溶劑中分離，並對該奈米碳管絮狀結構定型處理以 _ 獲得一奈米碳管薄膜。 [0031] 本技術方案實施例中，溶劑可選用水、易揮發的有機溶 劑等。絮化處理可通過採用超聲波分散處理或高強度攪 拌等方法。優選地，本技術方案實施例採用超聲波分散 10分鐘-30分鐘。由於奈米碳管具有極大的比表面積，相 互纏繞的奈米碳管之間具有較大的凡德瓦爾力。上述絮 化處理並不會將該奈米碳管原料中的奈米碳管完全分散 在溶劑中，奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏 09711529产單编號 A〇101 第10頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年.02月08日梭正替換頁 繞，形成網路狀結構。 [0032] 本技術方案實施例中，所述之分離奈米碳管絮狀結構的 方法具體包括以下步驟：將上述含有奈米碳管絮狀結構 的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置乾燥一段時間從 而獲得一分離的奈米碳管絮狀結構。 [0033] 本技術方案實施例中，所述之奈米碳管絮狀結構的定型 處理過程具體包括以下步驟：將上述奈米碳管絮狀結構 置於一容器中；將該奈米碳管絮狀結構按照預定形狀攤 φ 開；施加一定壓力於攤開的奈米碳管絮狀結構；以及， 將該奈米碳管絮狀結構中殘留的溶劑烘乾或等溶劑自然 揮發後獲得一奈米碳管薄膜。 [0034] 可以理解，本技術方案實施例可通過控制該奈米碳管絮 狀結構攤開的面積來控制該奈米碳管薄膜的厚度和麵密 度。奈米碳管絮狀結構攤開的面積越大，則該奈米碳管 薄膜的厚度和麵密度就越小。本技術方案實施例中獲得 的奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜的厚度為1微米-2毫米 [0035] 另外，上述分離與定型處理奈米碳管絮狀結構的步驟也 可直接通過抽濾的方式實現，具體包括以下步驟：提供 一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有奈米碳管絮狀結 構的溶劑經過該微孔濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾並乾 燥後獲得一奈米碳管薄膜。該微孔濾膜為一表面光滑、 孔徑為0. 22微米的濾膜。由於抽濾方式本身將提供一較 大的氣壓作用於該奈米碳管絮狀結構，該奈米碳管絮狀 097115291^單編號 A〇101 第11頁/共23頁 1013045218-0 1363362 __ 101年02月08日梭正替换頁 結構經過抽濾會直接形成一均勻的奈米碳管薄膜。且， 由於微孔濾膜表面光滑，該奈米碳管薄膜容易剝離。 [0036] 上述奈米碳管薄膜中包括相互纏繞的奈米碳管，所述奈 米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏繞，形成網路 狀結構，因此該奈米碳管薄膜具有很好的韌性。該奈米 碳管薄膜中，奈米碳管為各向同性，均勻分佈，無規則 排列。 [0037] 所述之採用擠壓方法製備奈米碳管薄膜的過程為採用一

施壓裝置，擠壓上述奈米碳管陣列獲得一奈米碳管薄膜 I ，其具體過程為： [0038] 該施壓裝置施加一定的壓力於上述奈米碳管陣列上。在 施壓的過程中，奈米碳管陣列在壓力的作用下會與生長 的基底分離，從而形成由複數個奈米碳管組成的具有自 支撐結構的奈米碳管薄膜，且所述之複數個奈米碳管基 本上與奈米碳管薄膜的表面平行。本技術方案實施例中 ，施壓裝置為一壓頭，壓頭表面光滑，壓頭的形狀及擠 _ 壓方向決定製備的奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方式 。具體地，當採用平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列 生長的基底的方向擠壓時，可獲得奈米碳管為各向同性 排列的奈米碳管薄膜；當採用滾軸狀壓頭沿某一固定方 向碾壓時，可獲得奈米碳管沿該固定方向取向排列的奈 米碳管薄膜；當採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓時，可 獲得奈米碳管沿不同方向取向排列的奈米碳管薄膜。 [0039] 可以理解，當採用上述不同方式擠壓上述的奈米碳管陣 〇971152#單编號删1 第12頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年.02月08日慘正替換頁 列時，奈米碳管會在壓力的作用下傾倒，並與相鄰的奈 米碳管通過凡德瓦爾力相互吸引、連接形成由複數個奈 米碳管組成的具有自支撐結構的奈米碳管薄膜。所述之 複數個奈米碳管與該奈米碳管薄膜的表面基本平行並為 各向同性或沿一固定方向取向或不同方向取向排列。另 外，在壓力的作用下，奈米碳管陣列會與生長的基底分 離，從而使得該奈米碳管薄膜容易與基底脫離。 [0040] 本技術領域技術人員應明白，上述奈米碳管陣列的傾倒 程度（傾角）與壓力的大小有關，壓力越大，傾角越大 "。製備的奈米碳管薄膜的厚度取決於奈米碳管陣列的高 度以及壓力大小。奈米碳管陣列的高度越大而施加的壓 力越·小，則製備的奈米碳管薄膜的厚度越大；反之，奈 米碳管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則製備的奈 米碳管薄膜的厚度越小。該奈米碳管薄膜的寬度與奈米 碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜的 長度不限，可根據實際需求制得。本技術方案實施例中 獲得的奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜的厚度為1微米-2 毫米。 [0041] 上述奈米碳管薄膜中包括複數個沿同一方向或擇優取向 排列的奈米碳管，所述奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相 互吸引，因此該奈米碳管薄膜具有很好的韌性。該奈米 碳管薄膜中，奈米碳管均勻分佈，規則排列。 [0042] 可以理解，本技術方案實施例中該奈米碳管薄膜可根據 實際應用切割成預定的形狀和尺寸，以擴大其應用範圍 0971152#早編號 A〇101 第13頁/共23頁 1013045218-0 1363362 [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] 101年02月08日修正替換頁 步驟提供-含有低逸出功材料或者低逸出功材料前 驅物的4液’採用此溶液浸潤上述奈米碳管薄膜。 ^試s將冷液不斷液滴落於奈米碳管薄膜表面m 5 分鐘，或者將奈米碳管薄膜浸人溶液中1秒-D. 5分鐘。 所述低逸出讀料的前驅物為可於—定溫度下分解生成 〜低逸出功材料的物質，如低逸出功材料屬於金屬氧 化物時’則低逸出功材料前驅物可選用該金屬氧化物所 對應的鹽類》 所述溶液的溶劑的具體成分不限，其可以溶解低逸出功 φ 材料的前驅物形成溶液即可，該溶劑包括水、乙醇、甲 醇、丙_或其混合物。 所述低逸出雜料的前驅物包括硝_、顧鎖或姐 鈣等可形成低溢出功材料的物質。 本實施例巾’所述溶液的溶質優選為硝酸鋇' 魏錄和 罐酸舞的混合物’其摩爾比優選為1:1:〇 〇5，溶劑優選 為體積比為1:1的去離子水與乙醇的混合物。氧化銘顆冑 鲁 和氧化鈣顆粒可降低熱發射電子源10的逸出功和熱發射 電子源10於高溫工作時氧化鋇顆粒的蒸發率，且可以提 高該熱發射電子源10的抗燒結能力。 溶液浸潤後的奈米碳管薄膜中，溶液包覆於奈米碳管薄 膜中奈米碳管的表面。 步驟二.採用機械方法處理浸潤後的奈米碳管薄膜形成 一奈米碳管絞線12» 〇9謂9产單編號删1 第14頁/共23頁 1013045218-0 1363362 -101年.02月08日修正替換頁 [0051] 將奈米碳管薄膜的一端粘附於一工具上，以一定的速度 旋轉該工具，將該奈米碳管薄膜擰成一奈米碳管絞線12 [0052] 可以理解，上述工具的旋轉方式不限，可以正轉，也可 以反轉。 [0053] 本實施例中，所述工具為一紡紗轴，將該奈米碳管薄膜 的一端與紡紗軸結合後，以200轉/分鐘速度正轉該紡紗 軸3分鐘，即得到一奈米碳管絞線12。 [0054] 上述機械方法處理奈米碳管薄膜的過程中，由於奈米碳 管薄膜中的奈米碳管的表面包覆有含有低逸出功材料或 者低逸出功材料前驅物的溶液，因此，經過機械方法處 理奈米碳管薄膜得到奈米碳管絞線12後，該溶液填充於 奈米碳管絞線1 2的内部或分佈於奈米碳管絞線12的表面 [0055] 步驟四：烘乾該奈米碳管絞線12。 [0056] 將上述的奈米碳管絞線12放置於空氣中，於1 00-400°C 下烘乾該奈米碳管絞線12。本實施例中，將上述奈米碳 管絞線12置於空氣中，於溫度為100°C下烘乾10分鐘-2 小時。此過程中，填充於奈米碳管絞線12内或分佈於奈 米碳管絞線12表面的溶液中的溶劑完全揮發，溶質以顆 粒的形式填充於奈米碳管絞線12内、附著於奈米碳管絞 線12表面且均勻分佈於奈米碳管絞線12的内部和表面。 可以理解， [0057] 本實施例中，浸潤於奈米碳管絞線12中的硝酸鋇、硝酸 09711529产單編號 A〇101 第15頁/共23頁 1013045218-0 [0058} [0059] [0060] [0061] [0062] [101年02月08日梭正替換i 鳃和硝酸鈣的混合溶液的溶劑完全揮發，溶質硝酸鋇、 硝醆鰓和硝酸鈣以顆粒的形式填充於奈米碳管絞線” 附著於奈米碳官絞線12表面且均勻分佈 步驟五：激活上述烘乾後的奈米碳管絞線上 發射電子源10。 將上述烘乾後的奈米碳管絞線12放置於_壓強為ΐχΐ()_2 帕-lxlO — 6帕真空系統中，於奈米碳管绞線的兩端施加電 壓，使該奈米碳管絞線的溫度達到8〇〇_14〇〇它，持續工 内 2，即得到熱 09711529^ 單編號1 Α0101 分鐘-1小時’得到熱發射電子源1〇 本實施射，將上祕乾後的奈Μ管絞線㈣於壓強 為IxW帕的真空系統中，於該奈米碳管絞線12的兩端 施加電壓，使奈米碳管絞線12的溫度達到⑽吖，持續 20分鐘。通常’溫度越高時，所需激活時間越短。此過 程中，硝酸綱粒、硝酸㈣㈣“肖_顆粒分解生成 氧化鋇顆粒、氧化链顆粒和氧化舞顆粒，彡直經為1〇奈 j-100微米’填充於奈$碳管絞線12内、附著於奈^ 管絞線12表面且均勻分佈。真空高溫環境可除去該奈 碳管絞線12表面的氣體，該氣體包括水蒸氣、二氡^匕碳 等。將該奈米碳管絞線12從真空系統中取出”_ 發射電子源10。 ”' 激活的目的係為了降低熱發射電子源10的逸出功、 使其於較低的溫度下發射電子。 可選擇地，上述熱發射電子源10的製備方法還可進乎 包括一將至少兩個激活後的奈米碳管絞線12通過:械： 第16頁/共23頁 1013045218-0 1363362 [0063] 101:年.02月08日按正_頁 力擰成一絞線結構的熱發射電子源1〇的步驟，該熱發射 電子源10中，至少兩個奈米碳管絞線12相互扭曲缠燒。 可選擇地，上述熱發射電子源10的製備方法還可進一步 包括一將至少一個激活後的奈求碳管絞線12與至少一導 線通過機械外力擰成-複合絞線結構的熱發射電子源10 的步驟，該熱發射電子源10中’奈求碳管絞線12與至少 一導線相互扭曲纏繞。 [0064] 可選擇地，還可進一步包括一上述熱發射電子源1〇的兩 端與第一電極16和第二電極18分別電性連接的步驟可 以通過導電膠，將第一電極16和第二電極18粘附於熱發 射電子源10的兩端，與第一電極16和第二電極18電性連 接。 [0065] 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例 ，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案 技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 [0066] 圖1係本技術方案實施例的熱發射電子源的結構示意圖。 [0067] 圖2係本技術方案實施例的熱發射電子源的掃描電鏡照片 0 [0068] 圖3係本技術方案實施例的熱發射電子源的製備方法的流 程圖<* 【主要元件符號說明】 09711529^^^ A0101 ^ 17 1 / ^· 23 1 1013045218-0 1363362 [0069] 熱發射電子源：10 [0070] 奈米碳管絞線：12 [0071] 低溢出功材料顆粒：1 4 [0072] 第一電極：16 [0073] 第二電極：18 09711529!^單编號 A〇101 第18頁/共23頁 101年.02月08日修正替換頁 1013045218-0

Claims (1)

101年02月08日核正替換頁 1363362 七、申請專利範圍： 1 . 一種熱發射電子源，包括至少一奈米碳管絞線，其改良在 於，該奈米碳管絞線包括複數個相互纏繞的奈米碳管，該 熱發射電子源進一步包括低逸出功材料顆粒，該低逸出功 材料顆粒至少部分填充於該奈米碳管絞線内。 2 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之低逸出功材料顆粒進一步附著在該奈米碳管絞線的表面 3 .如申請專利範圍第2項所述之熱發射電子源，其中，所述 之低逸出功材料顆粒均勻分佈於該奈米碳管絞線的内部和 表面。 4 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之低逸出功材料顆粒的質量為該奈米碳管絞線質量的 50%-90%。 5 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之熱發射電子源進一步包括至少兩個奈米碳管絞線，該奈 米碳管絞線相互扭曲纏繞。 6. 如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之熱發射電子源進一步包括至少一導線與至少一奈米碳管 絞線，該導線與該奈米碳管絞線相互扭曲纏繞。 7. 如申請專利範圍第6項所述之熱發射電子源，其中，所述 導線的材料為金、銀、銅或石墨。 8. 如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之熱發射電子源開始發射電子的溫度為800°C。 9. 如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 09711529产單编號 A0101 第19頁/共23頁 1013045218-0 1363362 101年02月08日梭正替換頁 之奈米碳管絞線中的奈米碳管之間通過凡德瓦爾力連接。 10 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳 管或其任意組合的混合物。 11 .如申請專利範圍第10項所述之熱發射電子源，其中，所述 之單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米-50奈米，雙壁奈米碳 管的直徑為1奈米-50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈 米-50奈米，該等奈米碳管的長度均為10微米-5000微米 〇 12 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之奈米碳管絞線的直徑為20微米-1毫米。 13 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之低逸出功材料為氧化鎖、氧化錄、氧化妈、硼化钍、硼 化釔或其任意組合的混合物。 14.如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，所述 之低逸出功材料顆粒的直徑為10奈米-100微米。 15 .如申請專利範圍第1項所述之熱發射電子源，其中，該熱 發射電子源進一步包括一第一電極和一第二電極間隔設置 於其兩端，並與所述奈米碳管絞線電性連接。 16 .如申請專利範圍第15項所述之熱發射電子源，其中，所述 之第一電極和第二電極的材料為金、銀、銅、奈米碳管或 石墨。 Q97U529I^單編號A0101 第20頁/共23頁 1013045218-0