[发明专利]石墨烯场发射阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯场发射阴极及其制备方法。该石墨烯场发射阴极包括：导电基底；呈直立状地生长于所述导电基底上的石墨烯纳米片；结合在所述石墨烯纳米片表面上的金属纳米颗粒。本发明提供的石墨烯场发射阴极能够极大增加电子发射尖端的密度以及有效发射尖端的数量，能够提高场发射电流。

技术领域

本发明涉及场发射技术领域，具体涉及一种石墨烯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，形成较大的发射电流，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。然而，现有的石墨烯场发射阴极中有效发射尖端较少，由此相应的场发射电流有待于进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯场发射阴极及其制备方法，以解决如何增大石墨烯场发射阴极的场发射电流的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种石墨烯场发射阴极，其包括：

导电基底；

呈直立状地生长于所述导电基底上的石墨烯纳米片；

结合在所述石墨烯纳米片表面上的金属纳米颗粒。

优选地，所述石墨烯纳米片的厚度为0.5nm～5nm；和/或，所述石墨烯纳米片的生长高度为5μm～20μm；和/或，所述石墨烯纳米片在所述导电基底上的分布密度为10⁷～10⁸片/mm²。

优选地，所述导电基板为钛基板、钽基板、不锈钢基板或玻璃碳基板。

优选地，所述金属纳米颗粒的功函数不大于5.7eV；和/或，所述金属纳米颗粒的粒径为10nm～100nm；和/或，所述金属纳米颗粒在所述石墨烯纳米片表面上的分布密度为10⁹～10¹¹个/mm²。

优选地，所述金属纳米颗粒选自钯纳米颗粒、金纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒和银纳米颗粒中的至少一种。

本发明的另一方面是提供一种如上所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其包括：

提供所述导电基底并进行清洗处理；

配制包含有氧化石墨烯和目标金属离子的混合溶液；

以所述混合溶液为电解质溶液，以所述导电基底为工作电极，采用三电极体系的电沉积工艺制备获得所述石墨烯场发射阴极；

其中，在电沉积工艺过程中，所述混合溶液中的氧化石墨烯沉积在所述导电基底上并被还原为石墨烯，形成为呈直立状地生长的石墨烯纳米片，所述目标金属离子被还原为金属纳米颗粒并结合在所述石墨烯纳米片的表面。

具体地，所述配制包含有氧化石墨烯和金属离子的混合溶液包括：

配制氧化石墨烯纳米片分散液；

配制包含目标金属离子的可溶性金属盐溶液；

将所述可溶性金属盐溶液加入到所述氧化石墨烯纳米片分散液中搅拌混合，获得所述混合溶液。