碳纳米管冷阴极的制造方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管冷阴极的制造方法，其包括如下步骤：将提供好的金属粉、碳纳米管与有机粘结剂混合，搅拌，形成碳纳米管浆料，其中金属熔点为150℃～600℃；将碳纳米管浆料通过丝网印刷形成于一衬底上；将印刷后含碳纳米管浆料的衬底在所用金属的熔点以上温度烧结，使金属熔化及有机粘结剂挥发或分解，冷却后，形成所述碳纳米管冷阴极。本发明专利技术还提供该碳纳米管冷阴极的制造方法的应用。该制造方法将金属粉、碳纳米管及有机粘结剂混合形成浆料，用丝网印刷技术印刷于衬底上，然后烧结，不仅能加强碳纳米管在衬底上的附着力，能提高场发射性能，而且可利用成熟的丝网印刷技术大批量制造冷阴极，具有广阔的工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冷阴极器件
，具体涉及一种碳纳米管冷阴极的制造方法及其应用。
技术介绍
冷阴极发射电子的器件成为目前研究热点之一，例如场发射器件是一种典型的冷阴极发射电子的器件，其无需对阴极加热只需在其表面施加一定的电场，就能发射出电子。 场发射器件可用于平板显示、光源、行波管等。作为光源应用时，具有节能、环保、工作范围大、抗辐射、轻薄等优点，可广泛应用于各个照明领域，具有巨大的潜力。电子发射极和荧光屏是场发射光源中关键的两个组成部分。在冷阴极的制作中， 目前以碳纳米管的应用为主。碳纳米管冷阴极一般通过化学气相沉积的方法，在衬底材料上经过催化剂的作用直接生长的碳纳米管。这种方法中，碳纳米管与衬底的结合力较差，在高电场作用下会受到离子轰击而从衬底上脱落，造成发射电流明显下降，发射不稳定。另外，直接生长碳纳米管时的温度较高，一般都高于玻璃的熔点，考虑到制作成本，这也不利于其在玻璃衬底上大面积应用。采用先生长碳纳米管，然后把制备的碳纳米管再形成于要应用的衬底上。然而，通过这些方式在基板上制作的碳纳米管与衬底的附着力差、导电性差以及场发射特性差等问题。为此，人们采用诸多的改进方法以提高与衬底的附着力、场发射特性等。例如，现有一种化学刻蚀法制造冷阴极，该方法先把金属粉末与碳纳米管混合，并压实烧结，然后在通过化学刻蚀的方法，刻蚀表面的金属，使得碳纳米管暴露出来，该方法提高了碳纳米管与衬底的附着力，改善了它的抗轰击能力，延长了它的寿命，但是，该方法不利于大面积制作， 并且刻蚀均勻性比较难以控制。还有一种现有技术，将分散好的碳纳米管喷洒在导电浆料上，经过刻划导电浆料的表面，最后烧结。该方式经过划刻虽然能够使得碳纳米管的一端翘起来，提高其发射特性，但划刻的精度比较难以控制，并且还会对电极造成划伤，不利于商业化制作。另外还有其它如刮压处理的方式改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，还有采用提拉法与热处理相互结合的方法。这些方法虽然在一定程度上能够改善碳纳米管与衬底的附着力和场发射特性，但都难以在保证碳纳米管发射特性良好的情况下实现大面积有效处理。
技术实现思路
有鉴于此，提供一种附着力强、导电性高、发射性能优异且成本低的碳纳米管冷阴极的制造方法。以及，提供该碳纳米管冷阴极的制造方法在制造真空电子源阵列中的应用。—种碳纳米管冷阴极的制造方法，其包括如下步骤将提供好的金属粉、碳纳米管与有机粘结剂混合，搅拌，形成碳纳米管浆料，其中金属熔点为150°C 600°C ；将碳纳米管浆料通过丝网印刷形成于一衬底上；将印刷后含碳纳米管浆料的衬底在所用金属的熔点以上温度烧结，使金属熔化及有机粘结剂挥发或分解，冷却后，形成所述碳纳米管冷阴极。以及，提供上述碳纳米管冷阴极的制造方法在制造场发射平板显示器、场发射光源、行波管或传感器的应用。在所述碳纳米管冷阴极的制造方法及其应用中，通过将金属粉、碳纳米管及有机粘结剂混合后用丝网印刷方技术形成于衬底上，可适于工业化批量生产，降低制造成本，利于大面积应用。再通过烧结方式，使得碳纳米管强力附着于衬底上，并使得碳纳米管暴露出来，提高其发射性能，还可利用金属颗粒的优良导电性，提高冷阴极的导电性能，具有广阔的应用前景。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中图1是本专利技术实施例的碳纳米管冷阴极的制造方法的制造方法的流程步骤示意图；图2是本专利技术实施例的碳纳米管冷阴极的制造方法中的丝网印刷及烧结成型流程结构示意图；图3是应用本专利技术实施例的碳纳米管冷阴极的制造方法制造的场发射器件结构示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，示出本专利技术实施例的碳纳米管冷阴极的制造方法的流程，包括如下步骤SOl 将提供好的金属粉、碳纳米管与有机粘结剂混合，搅拌，形成碳纳米管浆料， 其中金属熔点为150°C 600°C ；S02 将碳纳米管浆料通过丝网印刷形成于一衬底上；S03:将印刷后含碳纳米管浆料的衬底在所用金属的熔点以上温度烧结，使金属熔化及有机粘结剂挥发或分解，冷却后，形成所述碳纳米管冷阴极。步骤SOl中，金属粉的材质选自Sn、BiUruTl、Sn合金、Bi合金、h合金、Tl合金中的至少一种。其中各金属合金可以是例如Sn-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、In-Ag合金、In-Si合金、In-Pb合金、In-Cu合金、Bi-Cu合金、Bi-Ag合金、Bi-Pb合金或 Bi-Si合金中的至少一种。这些金属或合金的熔点在150°C 600°C范围内。例如，Sn的熔点为231. 89°C,Bi的熔点为271. 3°C，In的熔点为156. 61°C，T1的熔点为303. 5°C,Sn合金的熔点在210°C 230°C，Bi合金的熔点范围为220 262°C，In合金的熔点范围为160 180°C。可以理解的是，上述各金属合金的熔点范围仅作为举例，并不限于此。本实施例的金属或合金采用低熔点金属或合金，例如优选为熔点在150°C 350°C的材质。进一步地，当采用合金材质时，可采用低熔点合金，即熔点低于232°C的合金。通过采用这种低熔点材质， 一方面可降低生产制造成本，另一方面可避免高温对衬底及其相关结构(例如后面涉及的导电层结构)等的不利影响，例如当采用玻璃衬底时，温度高时会使衬底软化甚至熔融，破坏其原有结构形状。金属粉的颗粒粒径为5纳米 300微米，具体可以为50纳米 2微米。通过采用这种粉状金属颗粒，由于尺寸小甚至为纳米级尺寸，一方面可促进其熔融，加快熔融速度， 另一方面可使得金属粉与碳纳米管和有机粘结剂混合均勻，而且在烧结熔融或熔化时，使金属粒子能均勻地分散于碳纳米管微粒中，在熔融后碳纳米管更均勻地暴露出来，从而提高导电性能和电子发射性能，以及增加电子发射的均勻稳定性。碳纳米管优选为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、多壁有序碳纳米管、经过修饰的碳纳米管或阵列式碳纳米管中的至少一种。碳纳米管具有较高的长径比，大的场增强因子，有利于电子的发射，具有极好的场致电子发射效应。其中，单壁碳纳米管的直径通常仅有1 2纳米，长度可以达到几十至上百微米，长径比很大，而且其结构完整性好，导电性很好，化学性能稳定，具备了高性能场发射材料的基本结构特征，但单壁碳纳米管的制备和分散较难。目前应用较多是多壁碳纳米管或多壁有序碳纳米管。在经过修饰的碳纳米管或阵列式碳纳米管中，可采用有机修饰方式，例如采用羟基、羧基或其它取代基形式修饰碳纳米管， 或者对碳纳米管进行高分子接枝修饰，可增强其吸电子性能及其与有机成分的结合力，有利于碳纳米管的分散，例如本实施例中经过修饰的碳纳米管或阵列式碳纳米管与有机粘结剂结合力较强，促进其分散均勻。该有机粘结剂选用在金属粉熔点或烧结温度下挥发或分解的材料，即有机粘结剂的挥发或分解温度与金属粉熔点接近，可低于金属粉熔点，例如可以是乙基纤维素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯混合配制的有机载体或乙基纤维素、松油醇、丁基卡必醇和柠檬酸三丁酯混合配制的有机载体，但不限于以上两种方式配制的有机粘结剂。有机粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种碳纳米管冷阴极的制造方法，其包括以下步骤：将提供好的金属粉、碳纳米管与有机粘结剂混合，搅拌，形成碳纳米管浆料，其中金属熔点为１５０℃～６００℃；将碳纳米管浆料通过丝网印刷形成于一衬底上；将印刷后含碳纳米管浆料的衬底在所用金属的熔点以上温度烧结，使金属熔化及有机粘结剂挥发或分解，冷却后，形成所述碳纳米管冷阴极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，邵鹏睿，马文波，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94