本发明专利技术涉及的是一种纳米材料技术领域的用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，步骤包括：对ＣＮＴ和ＣＮＦ进行预处理，将其切短、纯化及表面改性；将ＣＮＴ或ＣＮＦ分散在锌电镀基础镀液中；运用复合共沉积方法沉积锌基碳纳米管复合薄膜和锌基碳纳米纤维复合薄膜；采用磨光、抛光工艺整平复合薄膜；使用刻蚀剂对复合薄膜进行的化学刻蚀；在刻蚀面上沉积一层铜铬电镀种子层；电镀所需要的基体金属（镍，银，金，铜等）；用稀盐酸Ｚｎ，形成ＣＮＴ或ＣＮＦ一部分根植在金属基体中，其余部分暴露在外，均匀分布在电极表层的“植布”效果。本发明专利技术可以用于制备高性能场发射器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种纳米材料
的复合薄膜的制备方法，具体来说， 涉及的是一种。
技术介绍
利用高性能场发射材料作为冷阴极电子发射源的场发射显示装置兼具阴极 射线管显示质量高和液晶显示器低功耗的优点，有望成为替代传统显示器的新一 代图像显示装置。在各种各样的场发射体中，由于碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)具有独特的电子、力学、化学特性，比传统材料更适合场发射的应用。 碳纳米关(CNT)作是一种具有极高综合性能的新型一维纳米材料，被人们誉为 21世纪的重要材料，超级纤维等，它由石墨片层结构巻曲而成，直径从几纳米 到100纳米，长度可达几微米，按照层数的不同可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳 米管。碳纳米纤维(CNF)也是一种准一维的新型纳米碳材料，其直径在几十 几百纳米，微观结构与碳纳米管有所不同。近年来的研究表明，碳纳米管的发射 性能明显优于铝和硅微尖、采用碳纳米管作为场发射阴极材料在逸出功、阈值电 压、散热和使用寿命等方面明显优于传统材料。经对现有技术的文献检索发现，目前，由CNT或CNF作为成场发射显示装置 电子发射源的薄膜制备方法主要有丝网印刷法和直接生长法两种。J. Justin Gooding, Electrochimica Acta (电化学学报)50期，2005年3049-3060页，NanostriJcturing electrodes with carbon nanotubes: A review on electrochemistry and applications for sensing,'，(碳纟内米管修饰纟内米结构电极电化学机制及其在传感领域的应用)，提出一种丝网印刷法，丝网印刷法先将CNT或CNF粉体与有机或无机粘合物均匀分散在溶剂中，再用丝网印刷的方 法将其印制在阴极极板上，然后除去溶剂，将粘合物材料烧结、硬化。这种方法工艺成本低，'适合于大面积制备，但是有机残留物难以彻底清除，高温烧结处理 的工艺兼容性差，电极表面平整性差，加工精度低。Jung Inn Sohn等在《Current Applied Physics》1 (2001)， 61-65上发 表的文章Large field emission current density from well-aligned carbon nanotube field emitter arrays(定向碳纳米管场发射阵列的高密度场发射 电流研究)中提出了直接生长法，直接生长法主要通过在衬底材料上的催化剂作 用生长出碳纳米管，但这种方法制备的碳纳米管与衬底的结合力较差，在高电场 作用下容易从衬底上脱落，造成发射电流明显下降。同时，用化学气相沉积法生 成的碳纳米管阵列虽然垂直有序，高度一致，但过高的密度会引起碳纳米管间强 烈的屏蔽效应，尖端亦有可能残留有起催化作用的金属颗粒，影响电子发射。现有技术的文献检索的中国公开号为CN1832084的专利，提出制备金属基碳 纳米管或碳纳米纤维复合薄膜作为场发射阴极的方法。镍基，银基等材料在热机 械性能，化学稳定性方面都比较好，但是和碳纳米管相容性较差，镍容易沉积在 碳纳米管表面或尖端，形成串珠状结构，影响电子发射，同时镀层表面平整度差， 碳纳米管复合量少。锌基虽然和碳纳米管相容性较好，但化学性质比较活泼，热 机械性能差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于金属基纳米管复合电镀和锌牺牲 层工艺的场发射显示装置阴极制备方法。本专利技术采用镍，银等具有良好热机械性 能和化学稳定性的金属作为基底，同时保留了锌基碳纳米管和锌基碳纳米纤维复 合薄膜的优点。运用该方法能够制备发射效率高，发射电流大，工艺兼容性好， 使用寿命长的大面积高分辨率场发射显示装置。这里的所指的纳米管包括单壁碳 纳米管，多壁碳纳米管以及碳纤维。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括如下步骤第一步，碳纳米管的预处理对碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)进行预 处理，通过以下步骤a熔融氢氧化钾处理将其敏化，再通过步骤b处理将碳纳米 管和碳纳米纤维切短、纯化。由于多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的长径比很高，极易形成相互缠绕的团聚 体。这不利于制备均匀的复合薄膜，所以需要将其适当的进行打断，减轻团聚程 度。同时，通过现有各种方法制备的纳米管，特别是碳纳米管中一般都残留有催 化剂、碳纳米粒子、无定型碳等杂质，它们会导致复合薄膜性能的恶化，需要通过纯化处理除去。预处理工艺包含以下工序a. 熔融氢氧化钾处理，温度300'C，时间3 6小时，之后用去离子水洗涤， 离心分离。处理后纳米管的表面化学反应活性提高；b. 纯化处理，通过常规的选择性氧化工艺去除纳米管制备过程中残余的杂 质，用硫酸和硝酸混合溶液煮沸3小时，浓硫酸和浓硝酸体积比为3: 1，所述硫酸浓度为95% 98%，硝酸浓度为65% 68%。c. 用去离子水洗涤至中性，然后用高速离心机分离，转速设为4500rpm，时 间20分钟。第二步，将预处理后的CNT或CNF分散在电镀基础镀液中； 由于相互之间的范得华力和缠绕作用，CNT/CNF极易团聚，为了得到更好的 分散效果，在使用中需要进行进一步处理。a. 向基体镀液中添加与复合电镀工艺兼容的分散剂(聚丙烯酸PA5000)，之 后将经预处理的纳米管按选定组分加入电镀液并辅以机械搅拌。加入纳米管太 少，复合薄膜中复合的纳米管含量太少，得到的场发射电流太小，当加入纳米管 太多，则纳米管相互缠绕团聚现象严重，造成复合薄膜疏松，表面粗糙度增加。 当纳米管加入量2g/L时，复合电镀效果理想。b. 对电镀液进行大功率超声处理，时间30分钟 3小时。第三步，电镀沉积锌基碳纳米管或锌基碳纳米纤维复合薄膜，制备出CNT和 CNF分布均匀的复合薄膜；影响CNT和CNF含量以及镀层表面平整度的主要工艺参数包括基础镀液组 成、CNT和CNF在镀液中的含量、阴极电流密度、电磁搅拌强度，镀液pH值、 温度，通过调节和组合这些工艺参数，可以控制复合薄膜质量和CNT或CNF在复 合薄膜中的复合量。制备的复合薄膜中CNT或CNF的含量随镀层的加厚不断增加， 镀层表面含量最高，镀层底部含量最低。镀层表面粗糙度也随镀层的厚度不断增 加。选用锌板作为阳极极板，场发射显示器阴极极板作为阴极。电镀工艺参数 复合电镀液中CNT或CNF含量为2g/L，阴极电流密度范围为0.5 2A/dm2，镀 液ra值为5 5. 5，镀液温度保持在25。C 50。C 。CNT/CNF在镀层中的含量随着镀层的加厚而增加，镀层表面CNT/CNF的含量最高，底部的最低，呈梯状分布。 第四步，将复合薄膜磨平抛光；为精确控制阴阳极之间的电极间距并取得较好的信号均匀性，场发射器件对 电极表面粗糙度具有较高的要求，由于复合薄膜的粗糙度随镀层厚度的增加而增 加，当镀层厚度超过10um时，镀层表面平均粗糙度可达几个微米，此时需要将 镀层整平以便进行后续的工艺。具体步骤先用2000号细砂纸打磨，然后用3W钻石研磨膏抛光，抛光后镀 层表面平均粗糙度在200nm左右。第五步，对整平后的复合薄膜表层金属进行均匀地化学刻蚀，控制刻蚀深度， 使表层CNT或CNF向外的一端暴露在锌基体之外，向内的根部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，其特征是，包括步骤如下： 第一步，首先对ＣＮＴ和ＣＮＦ进行预处理，包括将其敏化、切短和纯化； 第二步，然后将预处理后的ＣＮＴ或ＣＮＦ分散在电镀基础镀液中； 第三步，接着电镀沉积锌基碳纳米管或锌基碳纳米纤维复合薄膜，制备出ＣＮＴ或ＣＮＦ分布均匀的复合薄膜； 第四步，将复合薄膜磨平抛光； 第五步，再对整平后的复合薄膜表层金属进行均匀地化学刻蚀，控制刻蚀深度，使表层ＣＮＴ或ＣＮＦ向外的一端暴露在锌基体之外，向内的根部仍然保留在基体中；第六步，在刻蚀过的复合薄膜上溅射一层铜铬电镀种子层； 第七步，电镀所需的作为场发射阴极基体的金属； 第八步，去掉Ｚｎ牺牲层，得到纳米管一部分裸露、一部分根植于金属基体之中的金属基纳米管复合微结构。
【技术特征摘要】
1.一种用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，其特征是，包括步骤如下第一步，首先对CNT和CNF进行预处理，包括将其敏化、切短和纯化；第二步，然后将预处理后的CNT或CNF分散在电镀基础镀液中；第三步，接着电镀沉积锌基碳纳米管或锌基碳纳米纤维复合薄膜，制备出CNT或CNF分布均匀的复合薄膜；第四步，将复合薄膜磨平抛光；第五步，再对整平后的复合薄膜表层金属进行均匀地化学刻蚀，控制刻蚀深度，使表层CNT或CNF向外的一端暴露在锌基体之外，向内的根部仍然保留在基体中；第六步，在刻蚀过的复合薄膜上溅射一层铜铬电镀种子层；第七步，电镀所需的作为场发射阴极基体的金属；第八步，去掉Zn牺牲层，得到纳米管一部分裸露、一部分根植于金属基体之中的金属基纳米管复合微结构。2. 如权利要求1所述的用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，其 特征是，第一步中，所述的对CNT和CNF进行预处理，具体为a. 熔融氢氧化钾处理，温度30(TC，时间3 6小时，之后用去离子水洗涤， 离心分离，处理后纳米管的表面化学反应活性提高；b. 纯化处理，通过选择性氧化工艺去除纳米管制备过程中残余的杂质，用硫 酸和硝酸的混合溶液煮沸3小时，浓硫酸和浓硝酸体积比为3: 1;c. 用去离子水洗涤至中性，然后用高速离心机分离，转速设为4500rpm，时 间20分钟。3. 如权利要求2所述的用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，其 特征是，所述的硫酸，其体积浓度为95% 98%;所述的硝酸，其体积浓度为 65% 68%。4. 如权利要求1所述的用于场发射显示装置阴极的复合薄膜的制备方法，其 特征是，第二步中，所述将预处理后的CNT或CNF分散在电镀基础镀液中，具体 为a. ...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁桂甫，诸利达，姚锦元，王艳，邓敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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