[发明专利]一种纳米场发射电子源及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子源及其制备方法，尤其涉及一种纳米场发射电子源及其制备方法。

背景技术

现有的场发射电子源大致可分为锥体和薄膜型两大类，锥体也就是通常所说的Spindt type型场发射电子源阵列，而且由于纳米锥的尖端有较强的表面电场，因此锥体阵列可以获得优质的场发射性质。但其制备过程涉及到半导体平面工艺，对设备技术具有较高的操作要求，且大面积制备仍然较困难。而平面薄膜型场发射电子源虽然制备工艺简单，也可大面积制备，但其表面较高的曲率半径不利于提高场发射增强因子，限制了其场发射电流的进一步提升。

另外，现有的场发射电子源在使用一段时间以后由于各种因素的影响，例如大电流所产生的热效应，或者在外界高电压环境中由于高能电子、离子对发射体材料的轰击，以及可能发生的电弧放电对于发射体材料结构的破坏，都会导致发射体材料的性能劣化和寿命下降。由于传统的场发射电子源一般是二维平面的电子源薄膜结构，其抗损伤性能差，而且这种对发射体材料的损坏和性能的下降通常是不可逆的。

碳纳米管具有比表面积高、尖端曲率半径小、化学稳定性高、场发射时阈值电压低、电流密度大等优良特点，这些特点使其成为许多相关应用中用于制造电子发射源的理想材料。然而对于碳纳米管的商业化应用来说，如何提高其发射电流的密度，发射点的均匀性以及长期使用的稳定性仍是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米场发射电子源及其制备方法，该方法制得的电子源具有较高的抗外界损坏的冗余度，可在遭受损坏后自动的或者经过适当处理后仍然保持良好的场电子发射性能。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种纳米场发射电子源的制备方法，包括如下步骤:a）将纳米材料与模板材料共同混合在溶液中形成一种混合物；b）将所述混合物沉积到基底上，形成纳米场发射阴极；c）通过清洗方法洗去所述纳米场发射阴极中的模板材料,并置于烘箱中干燥,获得三维多孔结构的纳米场发射电子源。

进一步地，所述模板材料为金属材料、半导体材料或高分子聚合物材料。

进一步地，所述金属材料为Au,Ag,Cu,Fe,Pd,Pt,Ni,Co或Pb。

进一步地，所述半导体材料为SiO₂、过渡金属氧化物、III-V族或II-VI族的半导体。

进一步地，所述高分子聚合物材料为聚苯乙烯或聚丙烯酸酯。

进一步地，所述模板材料的几何形状为立方块状、条状、球状、圆柱状或四面体状。

进一步地，所述纳米材料为碳纳米材料、金属纳米材料或半导体纳米材料。

进一步地，所述纳米材料的几何形状为纳米粒子、纳米线或纳米片状结构。

进一步地，所述溶液为异丙醇溶液，混合后的溶液中添加有电解质和分散剂，混合后得到的悬浊液超声分散后进行离心沉淀，得到密度较大的包含有模板的纳米材料团聚物和密度较小的上层溶液。

进一步地，所述电解质为Mg(NO₃)₂·6H₂O或MgCl₂，分散剂为乙基纤维素。

进一步地，所述溶液的上层作为电泳液，在室温下,将ITO导电玻璃基底和不锈钢片平行浸入到所述电泳液中分别作为阴极和阳极,电泳淀积所述纳米材料团聚物，所述团聚物在电场的作用下淀积在基底上，制成纳米管场发射阴极。

进一步地，所述清洗方法包括添加溶剂洗涤、加热、真空抽取、冷冻干燥或热升华的物理方法。

进一步地，所述清洗方法包括加酸冲洗或加碱冲洗的化学方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种纳米场发射电子源，利用上述的纳米场发射电子源的制备方法制备，所述场发射电子源的薄膜呈三维多孔网状结构。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的纳米场发射电子源及其制备方法，由于本发明制备方法制得的电子源的纳米薄膜具用三维多孔网状结构，三维空间结构的纳米薄膜具有较高粗糙度和高比表面积，从而产生更高的有效发射面积，并具有较高的抗外界损坏的冗余度，可在遭受损坏后自动的或者经过适当处理后被下一层的纳米材料所替代，仍然保持良好的场电子发射性能，从而使得场电子发射源乃至使用该结构电子源的器件可以继续工作，使阴极表面保持活性；本发明的纳米场发射电子源可以用于显示用场致电子发射源，医疗器械场发射电子源以及场发射微波管等器件中，其应用可以大大提高相关器件性能的稳定性，延长器件的使用寿命，降低使用成本。

附图说明