[发明专利]柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料在场发射阴极材料中的应用，尤其涉及一种柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用。

背景技术

场发射是低维纳米材料的固有特性之一。大量研究结果表明，纳米结构具有传统材料所不具备的优异场发射性能，在场发射显示器、X射线管等光电器件领域具有巨大的潜在应用前景。在众多的场发射研究体系中，柔性场发射阴极由于其在电子织物、分布式传感器、纸上显示器以及建筑物表面的大型弯曲显示器等领域具有广泛、独特的应用，在最近几年越来越受到关注。

SiC是继第一代(Si)和第二代(GaAs)半导体材料之后发展起来的第三代半导体材料。与其传统体材料相比，低维SiC纳米结构具有优异的场发射性能，开启电场可低于1V/μm。目前，SiC柔性场发射阴极材料的研发也已取得一定进展。2012年，南洋理工大学Wu等首次报道了SiC柔性场发射阴极；Wang等在碳纤维布衬底上制备出N掺杂SiC纳米针柔性阴极，阴极在不同弯曲状态下均具有很高的柔性，其在平直状态下的开启电场约为1.1V/μm；Chen等通过协调控制降温时间和热解气氛，实现对柔性阴极场发射性能的精细调控。这些研究证实，SiC低维纳米结构柔性阴极具有优异的场发射性能，在柔性场发射显示器、小型化X射线管等领域展现出广泛的应用前景。

然而，目前关于SiC柔性阴极的研发仍不够系统，尤其是SiC柔性阴极在不同弯曲状态及温度下的电子发射稳定的研究仍有很大不足，且无法实现柔性阴极在不同弯曲状态下均保持恒定的开启电场，这对其构建性能优异的柔性场发射设备存在很大障碍，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种能够实现在不同弯曲次数、不同弯曲状态及不同温度下都具有很高的电子发射稳定性的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用，该柔性纳米材料为场发射柔性阴极，柔性阴极的发射电流密度波动性为±2-4％，开启电场波动性＜±0.05％。

本发明柔性纳米材料具有很高的柔韧性，在场发射阴极材料中应用时，在不同弯曲次数和不同的弯曲状态下开启电场基本保持不变，在不同弯曲状态和不同温度下均保持较高的电子发射稳定性。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，纳米材料形成于柔性衬底上。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性衬底为碳纤维布。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性纳米材料为颗粒状。本发明柔性纳米材料为颗粒状，因为纳米针、纳米线、纳米带等结构，其在不同弯曲状态下很难保证具有稳定的开启电场。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性纳米材料包括柔性SiC纳米材料或柔性原子掺杂SiC纳米材料。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性原子掺杂SiC纳米材料包括柔性P掺杂SiC纳米材料或柔性N掺杂SiC纳米材料。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性P掺杂SiC纳米材料中P的掺杂量为0.2-0.3at％。

在上述的柔性纳米材料在场发射阴极材料中的应用中，柔性N掺杂SiC纳米材料中N的掺杂量为2.38-7.32at％。

与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

1.本发明中的柔性阴极具有很高的柔韧性。

2.本发明柔性阴极在不同弯曲次数后开启电场基本保持不变。

3.本发明柔性阴极在不同弯曲状态下的开启电场基本保持不变。

4.本发明柔性阴极在不同弯曲状态下均保持较高的电子发射稳定性。

5.本发明柔性阴极在不同温度均保持较高的电子发射稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1中采用的柔性场发射阴极的数码照片；

图2为本发明实施例1中采用的柔性阴极的扫描电镜(SEM)图；

图3为本发明实施例1中柔性阴极在经过0、50、100、150和200次反复弯曲后的电场强度-电流密度的曲线；

图4为本发明实施例1中柔性阴极在凹面型、平面型和凸面型等不同状态下的电场强度-电流密度的曲线；

图5为本发明实施例1中柔性阴极在凹面型、平面型和凸面型等不同状态下其电流密度随时间延长的变化曲线；

图6为本发明实施例1中柔性阴极在不同温度下其电流密度随时间延长的变化曲线。

具体实施方式