[发明专利]场发射阴极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种场发射阴极，其包括导电基板以及形成在所述导电基板上的Ti₃C₂纳米片薄膜层。所述场发射阴极的制备方法包括：提供导电基板；配制Ti₃C₂纳米片分散液；将所述Ti₃C₂纳米片分散液涂覆于所述导电基板上，在所述导电基板上形成Ti₃C₂纳米片薄膜层。本发明提供的场发射阴极，能够更好的抵御阳离子的轰击破坏而保持结构的完整，获得更加稳定的发射电流，并且该场发射阴极的制备方法具有工艺流程简单、工艺条件易于实现的优点，有利于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明属于场发射技术领域，具体涉及一种场发射阴极及其制备方法。

背景技术

真空电子器件在通讯、空间技术、安全检测、医疗成像等领域中有着广泛的应用。真空电子器件的核心部件是阴极，它是用来产生真空器件工作所需的电子束流。目前，使用最广泛的阴极是金属热阴极，然而，热阴极存在体积大、热辐射功耗大、开启时间长、高温下材料蒸发等缺陷，限制了真空电子器件向微型化和集成化方向发展。

近年来，基于各种一维/二维纳米材料的场致发射冷阴极得到了研究者的广泛关注和研究，在较低的电场下，其纳米级的尖端可以形成局域增强效应，电子在较低的电场作用下就能够发生隧穿效应，形成极大的发射电流，其典型代表为石墨烯和碳纳米管。石墨烯具有丰富的尖锐边缘结构，可以作为有效的电子发射地址，再加上其稳定的机械化学性能，以及优异的导电导热特性，是一种理想的场发射纳米材料。碳纳米管作为一维材料，其导电导热性能和石墨烯相似，并且具有巨大的长径比，其纳米级的管端部(开口或者闭合)能够高效的发射电流。相比于热阴极，场发射阴极具有室温工作、快速响应(纳秒级)、低功耗、可微型化等优势，应用于真空电子器件可以优化结构，获得优异的功率和频率特性。

然而，石墨烯和碳纳米管为碳材料，在场发射过程中其发射结构容易受到阳离子的轰击(真空中残余气体受到电子作用发生电离，产生阳离子，并在电场作用下向阴极移动)而破坏，此外，场发射产生的焦耳热形成的高温也对发射结构造成损坏，这些都导致其发射电流密度极易发生衰减或者剧烈波动，发射稳定性较差。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种场发射阴极及其制备方法，以解决现有的纳米材料场发射阴极发射稳定性较差的问题。

为实现上述发明目的，本发明的一方面是提供了一种场发射阴极，所述场发射阴极包括导电基板以及形成在所述导电基板上的Ti₃C₂纳米片薄膜层。

优选地，所述Ti₃C₂纳米片薄膜层的厚度为1μm～10μm。

优选地，所述导电基板选自基材为铁、钛、铜、铬、钴、镍、钨、钼、钽和铂中的至少一种形成的金属基板；或者是，所述导电基板为氧化铟锡导电玻璃或硅片。

本发明的另一方面是提供一种如上所述的场发射阴极的制备方法，其包括：提供导电基板；配制Ti₃C₂纳米片分散液；将所述Ti₃C₂纳米片分散液涂覆于所述导电基板上，在所述导电基板上形成Ti₃C₂纳米片薄膜层。

优选地，所述配制Ti₃C₂纳米片分散液包括：提供Ti₃C₂纳米片原料，将所述Ti₃C₂纳米片原料加入溶剂中，超声搅拌后离心处理获得所述Ti₃C₂纳米片分散液。