无晶钻石材料制造技术

一种无晶钻石材料，其特征是：它包括至少９０％的碳原子，其中至少３０％的碳原子是以扭曲的四方体坐标而键结在一起，该钻石材料是具有电子发射面，该电子发射面具有一凹凸的粗糙高度，该凹凸的粗糙高度是１０－１０，０００奈米，输入足量的能量到该钻石材料，该电子发射面即发射电子。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要是有关于无晶钻石材料及其制造方法和应用，特别是在一种似钻石的碳材料中产生电子的装置及其制造方法和应用。因此，本申请是包括了物理、化学、电子以及材料科学。
技术介绍
热发射(Thermiomic Emission)及场发射(Field Emission)早已具有许多不同的运用，例如阴极射线管(Cathode Ray Tube)、场发射显示器(FieldEmission Display)。通常热发射指电子受热而射出。场发射则指电子受电场驱使而穿隧射出。这些装置的例子以及描述包括下述的美国专利6,229,083；6,204,595；6,103,298；，0064,137；6,055,815；6,039,471；5,994,638；5,984,752；5,981,071；5,874,039；5,777,427；5,722,242；5,713,775；5,712,488；5,675,972；以及5,562,781文献等。虽然电子发射的应用在很多方面均具有相当成功的例子，但热发射的成功案例却比场发射来的少。场发射虽较容易达成，但却受限于射料、弹性、成本、寿命及效率等缺失的限制。许多不同的材料早已用在场发射器的中，并达成以较少的能量需求，产生较高的电流输出。最近，有一种材料因为其物理的特性而使得业界对其产生相当的兴趣，那就是钻石。特别是，钻石有一种近似负电子亲和力(NegativeElectron Affinity；NEA)，而这种负值的亲和力则可将外加的电子轻易射出。然而，钻石亦具有极高的能隙(Band Gap)，也因为这样，钻石亦成为一种可防止电子穿越其中，或离开的绝缘体。曾有人尝试着去改良或是降低钻石的能隙，例如是在钻石中加入一些杂质(Dopant)，或是使得钻石形成具有特定几何形状的结构。但这些企图，其间仍存在着成效、效率以及成本上的限制。因此，场发射器的应用仍限制在小尺度上及低电流输出的应用上。因此，仅需由电源处吸取相当少量的能量而达到高电流输出的材料，仍需通过不断的研究以及发展的努力，来寻求这类材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无晶钻石材料及其制造方法和应用，无晶钻石材料结合了材料以及几何的特性，这类的材料包括了至少90％的碳原子，其中至少30％的碳原子是链接在扭曲的四面体上。这类的材料尚包括了一个电子发射面，其是具有由10-10,000奈米的凹凸不平的高度；另一方面，链接在扭曲的四面体上碳原子的比率至少为50％，达到在获得足量的能量后，在真空中发射出电子的目的。本专利技术的目的是这样实现的一种无晶钻石材料，其特征是它包括至少90％的碳原子，其中至少30％的碳原子是以扭曲的四方体坐标而键结在一起，该钻石材料是具有电子发射面，该电子发射面具有一凹凸的粗糙高度，该凹凸的粗糙高度是10-10,000奈米，输入足量的能量到该钻石材料，该电子发射面即发射电子。该凹凸的粗糙高度为10,000奈米以下。该凹凸的粗糙高度为100-1,000奈米。该凹凸的粗糙面是具有峰值密度，该峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少一百万个峰。该凹凸的粗糙面是具有峰值密度，该峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少十亿个峰。至少有50％的碳原子是和该扭曲的四方体坐标结合在一起。该输入足量的能量是选自下列至少一种包括热能、光能、电场能或其组合。该热能的温度是小于500℃。本专利技术还提供一种无晶钻石材料的制造方法，其特征是它包括下列的步骤提供一碳源；以及利用阴极电弧技术而形成无晶钻石材料。本专利技术再提供一种无晶钻石材料的应用，其特征是它适用于发射电子的装置，该发射电子的装置是包括无晶钻石材料、电极和阳极，该无晶钻石材料包含有90％的碳原子，其中的30％是在一扭曲的四方体坐标中结合，该钻石材料是具有电子发射面，该电子发射面是具有10-10,000奈米的凹凸粗糙高度；该电极是和该无晶钻石材料结合在一起而形成一阴极；该阳极是和该无晶钻石材料的发射面而相互对立，并且是间隔着一个真空空间，该阴极加入一足量的能量，电子从其发射面而进入该真空空间。该发射电子的装置尚具有一闸极，该闸极是位在该真空空间内，且是在该发射面以及阳极之间，该闸极在加入一正向栅极电压时产生一电场。该闸极是一金属网。该发射电子的装置，在真空空间中尚具有一低能量的阳离子，该低能量是足以将自电子发射面所发射出来的电子间的排斥力降至最低。该发射电子的装置的低能量的阳离子是选自下列元素中的至少一种其包括锂、钠、钾、铷、铯、铥、铍、镁、钙、锶、钡或其任意组合。该发射电子的装置的低能量的阳离子是铯。该发射电子的装置的发射面的凹凸粗糙高度是小于10,000奈米。该发射电子的装置的发射面的凹凸粗糙高度为100-1,000奈米。该发射电子的装置的凹凸粗糙面是具有峰值密度，该峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少一百万个峰。该发射电子的装置的峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少十亿个峰。该发射电子的装置的无晶钻石材料的碳原子至少有50％是和扭曲的四方体坐标键结在一起。该发射电子的装置的能量是选自下列至少一种包括热能、光能、电场能或其组合。该发射电子的装置的热能的温度是小于500℃。该发射电子的装置是用以作为一电动发电机。该发射电子的装置是用以作为一太阳能电池。该发射电子的装置是用以作为一冷却装置。该冷却装置是一散热面，该散热面对一集成电路作冷却。该冷却装置对一邻近的区域作冷却，并使得温度低于100℃。对该电极涂布该无晶钻石材料，用以强化该电极的电子输出。对该电极涂布无晶钻石材料，用以加长该电极的使用年限。该电极为电池的一部份。该电极为电沉积装置的一部份。该电极为发光源装置的一部份。本专利技术的发射电子的装置的发射面的凹凸不平的高度亦可具有许多不同的结构，本专利技术的凹凸不平的高度是大约为10,000奈米以下，较佳是大约为1,000奈米。除了高度的参数外，该凹凸不平的发射面亦具有某些密度峰值参数，这一凹凸不平的发射面所具有的密度峰值至少每平方公分含有一百万个峰值。较佳的密度峰值至少每平方公分含有一亿个峰值。例如热能、光子能、电场能或是上述各能量合并的许多不同的能量形式，可通过本专利技术的材料来加以转换，而可加速由该材料射出的电子流，该能量的形式则可能是由其本身所使用的热能，或是和电场能的合并。另一方面，此能量可能是其本身所使用的光子能(也就是光能)，或是和电场能合并的能量。另一种可能的能源则为电场能。许多不同的能量强度可依需要而使用，在使用本专利技术的材料下生成所需求的电流。该能量的强度可由实际所使用的特定材料、凹凸不平的发射面以及所使用输入能量的形式来作出部份的决定。该能量可能是具有不到500℃温度的热能。本专利技术的无晶钻石材料亦可和许多不同外围元件相结合或是联合，以便在许多可由材料本身的特性中获利的装置上，于真空中发射电子。例如，在此所谓的无晶钻石材料可相互的联合起来而形成发射电子的一个装置，而此装置则尚具有一个和无晶钻石材料互相偶合在一起，以形成一个阴极和阳极的电极，其中，阳极是相对于无晶钻石材料的接受面，且是和阴极发射面相隔一个真空空间，若是在阴极输入了足够的能量后，则可在真空室发射出电子。其它不同的元件亦可在需要下而予以加入，完成一特定的装置。电子发射装置尚可包括一闸极，其是位于真空空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无晶钻石材料，其特征是它包括至少90％的碳原子，其中至少30％的碳原子是以扭曲的四方体坐标而键结在一起，该钻石材料是具有电子发射面，该电子发射面具有一凹凸的粗糙高度，该凹凸的粗糙高度是10-10,000奈米，输入足量的能量到该钻石材料，该电子发射面即发射电子。2.根据权利要求1所述的无晶钻石材料，其特征是该凹凸的粗糙高度为10,000奈米以下。3.根据权利要求1所述的无晶钻石材料，其特征是该凹凸的粗糙高度为100-1,000奈米。4.根据权利要求2所述的无晶钻石材料，其特征是该凹凸的粗糙面是具有峰值密度，该峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少一百万个峰。5.根据权利要求3所述的无晶钻石材料，其特征是该凹凸的粗糙面是具有峰值密度，该峰值密度是在发射面上每平方公分含有至少十亿个峰。6.根据权利要求1所述的无晶钻石材料，其特征是至少有50％的碳原子是和该扭曲的四方体坐标结合在一起。7.根据权利要求1所述的无晶钻石材料，其特征是该输入足量的能量是选自下列至少一种包括热能、光能、电场能或其组合。8.根据权利要求7所述的无晶钻石材料，其特征是该输入足量的能量是热能。9.根据权利要求7所述的无晶钻石材料，其特征是该输入足量的能量是光能。10.根据权利要求7所述的无晶钻石材料，其特征是该热能的温度是小于500℃。11.一种无晶钻石材料的制造方法，其特征是它包括下列的步骤提供一碳源；以及利用阴极电弧技术而形成无晶钻石材料。12.一种无晶钻石材料的应用，其特征是它适用于发射电子的装置，该发射电子的装置是包括无晶钻石材料、电极和阳极，该无晶钻石材料包含有90％的碳原子，其中的30％是在一扭曲的四方体坐标中结合，该钻石材料是具有电子发射面，该电子发射面是具有10-10,000奈米的凹凸粗糙高度；该电极是和该无晶钻石材料结合在一起而形成一阴极；该阳极是和该无晶钻石材料的发射面而相互对立，并且是间隔着一个真空空间，该阴极加入一足量的能量，电子从其发射面而进入该真空空间。13.根据权利要求12所述的无晶钻石材料的应用，其特征是该发射电子的装置尚具有一闸极，该闸极是位在该真空空间内，且是在该发射面以及阳极之间，该闸极在加入一正向栅极电压时产生一电场。14.根据权利要求13所述的无晶钻石材料的应用，其特征是该闸极是一金属网。15.根据权利要求12所述的无晶钻石材料的应用，其特征是该发射电子的装置，在真空空间中尚具有一低能量的阳离子，该低能量是足以将自电子发射面所发射出来的电子间的排斥力降至最低。16.根据权利要求15所述的无晶钻石材料的应用，其特征是该发射电子的装置的低能量的阳离子是选自下列元素中的至少一种其包括锂、钠、钾、铷、铯、铥...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋健民，
申请(专利权)人：宋健民，
类型：发明
国别省市：