[发明专利]一种提升碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法

权利要求书

1.一种提升碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，包括：在载能银离子轰击过的柔性碳纳米管薄膜上用热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列并高温退火，然后利用微波氮、氢等离子体在常温下处理碳纳米管阵列，通过调节微波功率为150～200W、处理室气压为1.5kPa、处理时间为30～60分钟来控制碳纳米管的形貌，最终获得氮掺杂碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料；所得氮掺杂碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料的阈值场平均仅有(1.19-1.33)V/μm，最大场发射电流密度平均可达(86.05-97.90)mA/cm²，在平均场发射电流密度高达32.73mA/cm²、10小时内的电流衰减仅有4.54％。

2.根据权利要求1所述的一种提升碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤(1)预处理碳纳米管薄膜及沉积催化剂：先将市售的碳纳米管薄膜裁成2cm×2cm小片，然后利用金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源)对其进行载能银离子轰击处理，轰击时，保持样品台匀速旋转，样品台偏压设定为-10kV，束流为5毫安，轰击时间为10分钟；然后，将MEVVA源的靶材更换为高纯铁靶，在银离子轰击过的碳纳米管薄膜上沉积铁催化剂，沉积时，保持样品台匀速旋转，样品台偏压设定为-200V，束流为5毫安，沉积时间为100秒；

步骤(2)热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列及高温退火处理：将步骤(1)得到的沉积有铁催化剂的碳纳米管薄膜置入高温石英管式炉中用常规的热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列，生长碳纳米管时，先将沉积有铁催化剂的硅单晶片在400sccm氢气、580摄氏度下热处理1小时，后在150sccm氨气、750摄氏度下处理10分钟，最后在87sccm乙炔、600sccm氢气、750摄氏度、常压下生长碳纳米管阵列，生长时间为30分钟，之后升高温度到1000摄氏度，在400sccm氢气、常压下处理生成的碳纳米管阵列，处理时间为2小时；

步骤(3)氮、氢等离子体处理碳纳米管阵列：将步骤(2)得到的碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料置入微波等离子体系统中在常温下进行氮、氢等离子体处理，用于产生等离子体的气体是由氮气和氢气组成的混合气体，氮气、氢气的流量分别为5、10sccm，调节气压为1.5kPa，待气压稳定后，启动微波源，设定微波功率为150～200W，处理时间为30～60分钟，该过程所得即为氮掺杂碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种提升碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，所用各种气体纯度均为5N。

4.根据权利要求1～3之一方法制备的碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料，其特征在于，所述碳纳米管阵列-碳纳米管膜柔性复合材料的阈值场平均为(1.19-1.33)V/μm，最大场发射电流密度平均为(86.05-97.90)mA/cm²。