[发明专利]一种场致发射冷阴极

说明书

技术领域

本发明涉及一种场致发射冷阴极，特别是基于石墨烯边缘场发射的冷阴极。

背景技术

石墨烯具有非常多的优势：薄、坚硬、优异的电导率、有很高的热导率、很高的载流子迁移率和良好的力学性能优势。由于石墨烯本身的膜厚比较薄，其横向长度为几微米甚至几十微米，具有非常高的纵横比（横向长度与厚度之比）。在外加电场下石墨烯薄膜的边缘会形成很强的局域电场，研究者利用这种形状制作场发射阴极能有效地降低材料场发射所需的外加电场，有利于电子的场致发射，有望应用于场发射显示器件、大功率阴极器件、传感器、扫描电子显微镜、行波管、X 射线管等场发射器件中。

石墨烯作为场发射阴极的制备方法有许多种，包括转移法、丝网印刷法、电泳法、气相沉积定向生长法等，不同工艺制作的石墨烯阴极其结构各不相同，石墨烯的垂直取向和密度对场发射性能的影响非常大。虽然石墨烯是一种理想的场发射材料，但是，由于制备出的石墨烯都是平铺或者杂乱无章地分布在基底上，缺乏组装技术，因而制约了其在场发射方面的应用。

发明内容

    本申请提供了一种场致发射冷阴极，是基于石墨烯边缘场发射的冷阴极，该结构中的环状石墨烯阴极结构强度高、垂直取向性好，具有场致发射工作电压低、发射电流大的优势。

    为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种场致发射冷阴极，包括绝缘板，在绝缘板上形成的第一导电层，在第一导电层上形成的第二导电层；其中，第二导电层为与绝缘板和第一导电层均垂直的环状石墨烯。

    上述环状石墨烯阴极结构强度高、垂直取向性好，具有场致发射工作电压低、均匀性更好，发射电流大的优势。

为了进一步提高结构强度，降低发射工作电压，第二导电层为环状石墨烯阵列，其中，环状石墨烯阵列中每个石墨烯单元的横截面形状为圆形或多边形，环状石墨烯阵列的排布形状可以是规则分布或其它不规则分布，优选，环状石墨烯阵列的排布形状为矩阵型或蜂窝状。

    为了进一步增大发射电流，环状石墨烯阵列中相邻两石墨烯环之间的距离为环直径的0.2~5倍。

   为了同时保证结构强度和大的工作电流，优选，环状石墨烯的层数为1~100。

为了同时保证结构强度和降低工作电压，环状石墨烯的高度为0.1微米~1毫米，环状石墨烯的直径为高度的0.1~200倍。

 优选，环状石墨烯的顶部碳原子分布结构为扶手型。

优选，环状石墨烯的顶部碳原子分布结构为锯齿型。

    优选，环状石墨烯的顶部碳原子分布结构为扶手和锯齿混合型。

    本发明场致发射冷阴极，是基于石墨烯边缘场发射的冷阴极，该结构中的环状石墨烯阴极结构强度高、垂直取向性好，具有场致发射工作电压低、发射电流大的优势。

附图说明

图1为场致发射冷阴极主视图；

图2为图1的俯视图；

图3石墨烯边缘结构形貌；

图4为环状石墨烯阵列排布形状图；

图中，1为绝缘板，2为第一导电层；3为第二导电层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不仅限于该实施例。

实施例1

    如附图1-3所示的场致发射冷阴极，包括绝缘板1，在绝缘板1上形成的第一导电层2，在第一导电层2上形成的第二导电层3，第二导电层3为环状石墨烯，其截面形状为圆形、多边形或不规则多边形。该石墨烯环与绝缘板1和第一导电层2垂直；环状石墨烯的层数为1~100；环状石墨烯的高度为0.1微米~1毫米，其直径为高度的0.1~200倍；环状石墨烯的顶部碳原子分布结构为如图附3(a)所示扶手型、如图附3(b)所示锯齿形或如图附3(c)所示混合型，如附图3所示，石墨烯环可能会有褶皱，与垂直绝缘板1和第一导电层2垂直的垂直度受制备工艺影响可能会有一定倾斜。垂直取向的石墨烯对降低场发射电压具有关键作用，同时环状结构高了机械强度和稳定性，增加发射面积，有效传递电子发射产生的热量，降低温度，提高阴极寿命。

实施例2

    如附图4所示的场致发射冷阴极，包括绝缘板1，在绝缘板1上形成的第一导电层2，在第一导电层2上形成的第二导电层3，第二导电层3为环状石墨烯阵列，其排布形状为矩阵型、蜂窝状等规则分布或其它不规则分布，相邻石墨烯环之间的距离为环直径的0.2~5倍。