[发明专利]场发射电子源的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场发射电子源的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的场发射电子源的制备方法。

背景技术

场发射电子源在低温或者室温下工作，与电真空器件中的热发射电子源相比具有能耗低、响应速度快以及低放电等优点，因此用场发射电子源替代电真空器件中的热发射电子源成为了人们研究的一个热点。

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima在1991年发现，请参见″Helical Microtubules of Graphitic Carbon″，S.Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管具有极优异的导电性能、良好的化学稳定性和大的长径比，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小，其局部电场愈集中)，因而碳纳米管在场发射电子源领域具有潜在的应用前景。目前的研究表明，碳纳米管是已知的最好的场发射材料之一，它的尖端尺寸只有几纳米至几十纳米，具有低的开启电压，可传输极大的电流密度，并且电流稳定，使用寿命长，因而非常适合作为一种极佳的点电子源，应用在扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope)等设备的电子发射部件中。

现有的碳纳米管场发射电子源一般至少包括一导电基体和作为发射端的碳纳米管，该碳纳米管形成于该导电基体上。目前，碳纳米管形成于导电基体上的方法主要有机械方法和原位生长法。

其中，机械方法是通过原子力显微镜或者电子显微镜操纵单根碳纳米管，将碳纳米管组装到一导电基体上，此种方法程序简单，但由于单根碳纳米管尺寸太小且需要应用原子力显微镜或者电子显微镜这些昂贵的设备的辅助，操作复杂，成本高。

为克服上述机械法组装的碳纳米管场发射电子源操作复杂的缺点，现有技术提供了一种采用原位生长的方法(请参见“Low-temperature CVDgrowth of carbon nanotubes for field emission application”，Kuang-chung Chen，Diamond & Related Materials，Vol.16，P566(2007))。该方法是先在导电基体上镀上金属催化剂，然后通过化学气相沉积方法在导电基体上直接生长出碳纳米管阵列作为场发射电子源，此种方法操作简单，碳纳米管与导电基体的电接触良好。但是，由于该方法无法控制碳纳米管的生长方向，所以存在成功率低、可控性差的问题。

因此，确有必要提供一种场发射电子源的制备方法，该制备方法简单，成功率高且成本较低。

发明内容

一种场发射电子源的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿同一方向延伸排列；提供一第一电极和一第二电极，将碳纳米管薄膜的两端分别固定于第一电极和第二电极上，该碳纳米管薄膜中碳纳米管从第一电极向第二电极延伸；通过使用有机溶剂处理该碳纳米管薄膜，形成多个碳纳米管线；将该碳纳米管线通电流加热熔断，得到多个碳纳米管针尖；提供一导电基体，将一碳纳米管针尖设置于该导电基体上，形成一场发射电子源。

与现有技术相比较，该场发射电子源的制备方法操作简单，无需昂贵仪器，成本较低且易于控制效率较高。

附图说明

图1是本技术方案实施例的场发射电子源的结构示意图。

图2是图1中碳纳米管针尖的结构示意图。

图3是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的扫描电镜照片。

图4是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的透射电镜照片。

图5是本技术方案实施例的场发射电子源的制备方法的流程图。

图6是本技术方案实施例的碳纳米管薄膜经有机溶剂处理后的照片。

图7是本技术方案实施例的碳纳米管线通电流加热装置示意图。

图8是本技术方案实施例的碳纳米管线的示意图。

图9是本技术方案实施例的碳纳米管线碳纳米管线熔断后的示意图。

图10是本技术方案实施例的碳纳米管线被加热到白炽状态时的照片。

图11是本技术方案实施例获得的碳纳米管针尖的拉曼光谱图。

图12是本技术方案实施例将碳纳米管针尖设置于导电基体上的方法的流程示意图。

图13是本技术方案实施例的涂敷有银胶的光纤的示意图。

图14是本技术方案实施例采用导电胶固定碳纳米管针尖的方法的流程示意图。