專利名稱：碳納米管線尖端的制備方法及場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管線尖端的制備方法以及具有該碳納米管線尖端的場發(fā) 射結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
場發(fā)射電子源在低溫或者室溫下工作，與電真空器件中的熱發(fā)射電子源相比具有 能耗低、響應(yīng)速度快、單色性好、電流密度大以及吸放氣少等優(yōu)點(diǎn)，因此用場發(fā)射電子源替 代電真空器件中的熱發(fā)射電子源成為了人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)是一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima 在 1991 年發(fā)現(xiàn)，請參見〃 Helical Microtubules of Graphitic Carbon “，S. Iijima， Nature, vol.354, p56(1991)。碳納米管具有極優(yōu)異的導(dǎo)電性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和大 的長徑比，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集 中)，因而碳納米管在場發(fā)射真空電子源領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。目前的研究表明，碳納 米管是已知的最好的場發(fā)射材料之一，它的尖端尺寸只有幾納米至幾十納米，具有低的開 啟電壓，可傳輸極大的電流密度，并且電流穩(wěn)定，使用壽命長，因而非常適合作為一種極佳 的電子源，應(yīng)用到場發(fā)射顯示器中。然而，碳納米管為一微觀結(jié)構(gòu)，比較難于應(yīng)用到各種領(lǐng)域中。宏觀的碳納米管結(jié)構(gòu) 相對比較容易進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。但，如何得到發(fā)射性質(zhì)優(yōu)良的宏觀的碳納米管場發(fā)射體是碳 納米管場發(fā)射應(yīng)用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種可以用于發(fā)射電子的碳納米管線尖端的制備方法， 以及應(yīng)用該碳納米管線尖端的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法。一種碳納米管線尖端的制備方法，其包括提供一碳納米管線；以及僅采用掃描 功率大于等于ι瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光燒斷所述碳納米管線， 且形成一錐形碳納米管線尖端?！N碳納米管線尖端的制備方法，其包括提供多個(gè)碳納米管線；以及僅采用掃 描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光按照一預(yù)定路線依 次燒斷所述多個(gè)碳納米管線，形成多個(gè)錐形碳納米管線尖端。一種場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括提供一碳納米管線、一第一電極以及一與該 第一電極間隔設(shè)置的第二電極；將所述碳納米管線的兩端分別固定于所述第一電極及第二 電極；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激 光燒斷所述碳納米管線，且在碳納米管線的燒斷處形成一錐形碳納米管線尖端。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的碳納米管線尖端的制備方法可以比較容易地制 備出錐形的碳納米管線尖端，該錐形的碳納米管線尖端可以作為電子發(fā)射體的尖端，使得 該電子發(fā)射體點(diǎn)尖端表面會出現(xiàn)電力線的匯聚，從而擁有較大的電場強(qiáng)度，進(jìn)而使得所述發(fā)射體中的電子比較容易逸出。本發(fā)明提供的碳納米管線尖端的制備方法可以實(shí)現(xiàn)批量制 備所述碳納米管線尖端。本發(fā)明提供的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法使得場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制造工序 更加簡單，而且電子發(fā)射體的尖端和其他電極之間的距離更容易控制。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管線尖端的制作工藝流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例采用的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖3是具有毛刺狀的碳納米管線尖端的透射電鏡照片。圖4是由本發(fā)明實(shí)施例提供的斷開的碳納米管線的掃描電鏡照片，且該斷開的碳 納米管線具有一錐形碳納米管線尖端。圖5是圖4中的錐形碳納米管線尖端的掃描電鏡放大照片。圖6是圖4中的錐形碳納米管線尖端的掃描電鏡照片。圖7是圖4中的錐形碳納米管線尖端的高倍透射電鏡照片。圖8是由本發(fā)明實(shí)施例制備的錐形碳納米管線尖端的發(fā)射性能圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖。圖10是在不同的條件下，采用本發(fā)明實(shí)施例制備的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的照片。圖11是由本發(fā)明實(shí)施例制備出的256個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)中的發(fā)射間隙的寬帶統(tǒng)計(jì)圖。圖12是由本發(fā)明實(shí)施例制備出的256個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)中的發(fā)射體的錐形碳納米管 線尖端圓錐角的統(tǒng)計(jì)圖。圖13是采用由本發(fā)明實(shí)施例制備出的場發(fā)射結(jié)構(gòu)作為16X16像素單元的場發(fā)射 增強(qiáng)因子統(tǒng)計(jì)圖。圖14是采用由本發(fā)明實(shí)施例制備出的場發(fā)射結(jié)構(gòu)作為16X16像素單元的場發(fā)射 電流統(tǒng)計(jì)圖。圖15是采用由本發(fā)明實(shí)施例制備出的場發(fā)射結(jié)構(gòu)作為16X16像素單元的場發(fā)射 亮度統(tǒng)計(jì)圖。圖16是由本發(fā)明實(shí)施例制備出的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的場發(fā)射電流及亮度圖。圖17是采用由本發(fā)明實(shí)施例制備出的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的顯示裝置的顯示照片。主要元件符號說明碳納米管線12 ;22碳納米管線尖端 122 ；222激光14 ;24預(yù)定位置1 ； 2 發(fā)射體2 第一電極26第二電極28
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本發(fā)明提供的碳納米管線尖端的制備方法及應(yīng) 用該碳納米管線尖端的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本發(fā)明提供一種碳納米管線尖端的制備方法。該方法包括以下步驟(SllO)提供一碳納米管線12 ；以及(S120)僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/ 秒的激光14燒斷所述碳納米管線，且形成一錐形碳納米管線尖端122。請參閱圖2，所述碳納米管線12包括多個(gè)繞該碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米 管。具體地，該碳納米管線12包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè)碳納米管片段通過范德華力 首尾相連，每一碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該 碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該碳納米管線12長度不限，直徑為 0. 5納米 100微米。進(jìn)一步地，該碳納米管線12的直徑可以為0. 5微米 50微米。本 實(shí)施例中，該碳納米管線12的直徑大約為5微米。該碳納米管線12可以通過以下步驟制 備(Slll)提供一碳納米管陣列，該碳納米管陣列形成于一基底，優(yōu)選地，該碳納米 管陣列為超順排碳納米管陣列。所述碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納米管陣列及多壁碳納米管陣列 中的一種。該碳納米管陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)，提供 一平整基底，該基底可選用P型或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本實(shí)施例中 采用4英寸的硅基底；(b)，在所述基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用 鐵0 )、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)，將上述形成有催化劑層的基底在 7000C 900°C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；以及(d)，將處理過的基底置于反應(yīng)爐 中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500°C 740°C，然后通入碳源氣體反應(yīng)約5分鐘 30分鐘， 生長得到碳納米管陣列，其高度為100微米左右。該碳納米管陣列為一純超順排碳納米管 陣列，且包括多個(gè)彼此平行且垂直于基底生長的碳納米管。該超順排碳納米管陣列與所述 基底面積基本相同。通過上述控制生長條件，該超順排碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如 無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。所述碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑的碳?xì)浠衔铩Ｋ霰Ｗo(hù)氣 體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。本實(shí)施例中，所述碳源氣為乙炔；所述保護(hù)氣體為氬氣?？梢岳斫猓鎏技{米管陣列不限于上述制備方法，也可為石墨電極恒流電弧放 電沉積法、激光蒸發(fā)沉積法等等。(S112)采用一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取碳納米管獲得一碳納米管膜。該碳納米管膜的制備具體包括以下步驟(a)從上述碳納米管陣列中選定一定寬 度的多個(gè)碳納米管片斷，本實(shí)施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶接觸碳納米管陣列以選 定一定寬度的多個(gè)碳納米管束；(b)以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣列生長方向拉伸 多個(gè)該碳納米管束，以形成一連續(xù)的碳納米管膜。在上述拉伸過程中，該多個(gè)碳納米管束在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的 同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納米管束分別與其他碳納米管束首尾相連地連 續(xù)地被拉出，從而形成所述碳納米管膜。該碳納米管膜包括多個(gè)首尾相連且定向排列的碳 納米管束。該碳納米管膜中碳納米管的排列方向基本平行于該碳納米管膜的拉伸方向。(S113)通過施加機(jī)械外力處理所述碳納米管膜形成所述碳納米管線12。具體 地，可以通過機(jī)械力沿相反方向扭轉(zhuǎn)所述碳納米管膜的兩端，以得到所述碳納米管線12，使得該碳納米管線12中的大多數(shù)碳納米管繞該碳納米管線12的軸向螺旋排列。進(jìn)一步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理所述碳納米管線12。具體地，可將有機(jī)溶 劑浸潤所述碳納米管線12，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的 碳納米管線12中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，使碳納米管線12的比表面積減 小，密度及強(qiáng)度增大。該有機(jī)溶劑為揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿， 本實(shí)施例中采用乙醇。另外，所述碳納米管線12也可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線 包括多個(gè)沿該碳納米管線軸向排列的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線是由多個(gè) 首尾相連的碳納米管束組成的束狀結(jié)構(gòu)。所述相鄰的碳納米管束之間通過范德華力連接。 該碳納米管束包括多個(gè)定向排列的碳納米管。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線可以從一碳納米管陣 列中直接拉伸獲得。所述碳納米管線12及其制備方法請參見范守善等人于2002年9月16日申請的， 2008年8月20日公告的，公告號為CN100411979C的中國發(fā)明專利說明書；以及于2005年 12月16日申請的，2009年6月17日公告的，公告號為CN100500556C的中國發(fā)明專利說明書。步驟(S120)可以包括以下步驟(S121)將所述碳納米管線12置于含有氧化性氣 體的氣氛中；以及(S122)采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦和掃描速度小于200毫 米/秒的激光14掃描該碳納米管線12的一預(yù)定位置124，直至該碳納米管線12在該預(yù)定 位置IM斷開成兩部分。其中，所述掃描功率是指激光的實(shí)際輸出功率；所述掃描速度是指 激光光斑的移動速度。步驟(S121)中的氧化性氣體在所述含有氧化性氣體的氣氛中的體積百分比大于 25%。所述含有氧化性氣體的氣氛可以是純的氧氣，也可以是空氣。本實(shí)施例中，所述含有 氧化性氣體的氣氛為空氣。步驟(S122)為所述激光14垂直照射所述碳納米管線12，所述碳納米管線12固 定不動，通過程序控制所述激光14的掃描路徑，使得激光14的光斑沿垂直于該碳納米管線 12的直線方向移動，從而實(shí)現(xiàn)用激光14燒斷所述碳納米管線12。另外，還可以通過固定所 述激光14，使得所述碳納米管線12沿垂直于該碳納米管線的方向作直線運(yùn)動，從而使得所 述激光14直射在該碳納米管線12上，并燒斷該碳納米管線12。其中，所述激光14的掃描 功率優(yōu)選為3. 6瓦 6瓦，所述掃描速度可以大于等于5毫米/秒，且小于等于100毫米/ 秒；優(yōu)選地，該激光14的掃描速度為大于等于5毫米/秒，且小于等于10毫米/秒。所述 激光14可以是二氧化碳激光、半導(dǎo)體激光、紫外激光、釔鋁石榴石(YAG)激光等任何形式的 激光，只要能產(chǎn)生加熱的效果即可。本實(shí)施例中，控制YAG光纖激光器，使其發(fā)射的激光14以大約為3. 6瓦的掃描功 率垂直照射所述碳納米管線12。固定所述激光14，然后使得所述碳納米管線12沿垂直于 該碳納米管線12的方向以5毫米/秒的速度作直線運(yùn)動。該激光14掃描位于該碳納米管 線12中間的預(yù)定位置124，位于該預(yù)定位置IM的碳納米管線12能夠獲得激光14的能量， 使得該碳納米管線12在該預(yù)定位置IM處的碳納米管被氧化或蒸發(fā)，直至該處的碳納米管 完全變成氣體，使得該碳納米管線12在該預(yù)定位置IM處燒斷成兩段。每段碳納米管線12 具有所述碳納米管線尖端122，所述碳納米管線尖端122的圓錐角大約為14度。所述兩個(gè)碳納米管線尖端122之間的間距大于等于20微米，且小于等于30微米。其中，所述預(yù)定位 置122可以根據(jù)需要確定，只要在所述碳納米管線12懸空設(shè)置的位置上即可?？梢岳斫猓鰞蓚€(gè)碳納米管線尖端122之間的間距還可以小于70微米，甚至小 于1微米。進(jìn)一步，該兩個(gè)碳納米管線尖端122之間的間距大于15微米，且小于等于65微 米。當(dāng)斷開后的碳納米管線12應(yīng)用于場發(fā)射領(lǐng)域時(shí)，所述兩個(gè)碳納米管線尖端122之間的 距離越小，就越比較容易發(fā)射電子。請參閱圖4至圖7，所述錐形的碳納米管線尖端122中的大部分碳納米管的端部是 封閉的。所述錐形的碳納米管線尖端122中的大部分碳納米管基本相互平行。所述錐形碳 納米管線尖端122的圓錐角小于等于17度，優(yōu)選地，該碳納米管線尖端122的圓錐角大于 等于12度，且小于等于15度。由此可知，由上述方法制備的錐形碳納米管線尖端122的直 徑非常小，該錐形碳納米管線尖端122作為電子發(fā)射體容易出現(xiàn)電力線的匯聚，因而可以 擁有較大的電場強(qiáng)度，從而比較容易發(fā)射電子；因此，所述錐形的碳納米管線尖端122具有 較好的發(fā)射性能，請參閱圖8。另外，在該錐形的碳納米管線尖端122中的大部分碳納米管 線端部形成了閉口，有利于提高該錐形碳納米管線尖端122的場發(fā)射穩(wěn)定性。 可以理解，在所述激光14的掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦時(shí)，當(dāng)該激光14 的掃描速度大于等于200毫米/秒時(shí)，激光14能夠掃描在所述碳納米管線12上的幾率就 比較小，從而使得預(yù)定位置1 處的碳納米管獲得的能量比較小，那么所述碳納米管線12 就不容易燒斷。因此，所述激光14的掃描速度應(yīng)小于200毫米/秒。另外，在所述激光14 的掃描速度小于200毫米/秒時(shí)，當(dāng)所述激光14的掃描功率大于10瓦時(shí)，所述碳納米管線 12能夠在預(yù)定位置IM迅速地獲得較高的能量，使得該預(yù)定位置IM處的碳納米管迅速被 氧化成氣體或蒸發(fā)，從而使得該碳納米管線12在該預(yù)定位置IM迅速被燒斷，所述碳納米 管線12在斷開處可能會形成如圖3所示的毛刺狀的碳納米管線尖端，而不能形成錐形碳納 米管線尖端122。在所述激光14的掃描速度小于200毫米/秒時(shí)，當(dāng)所述激光14的功率 小于1瓦時(shí)，所述碳納米管線12在其預(yù)定位置IM處獲得的能量就比較少，從而使得該碳 納米管線12不容易斷開；因此，當(dāng)所述激光的功率為1瓦 10瓦，掃描速度小于200毫米 /秒時(shí)，所述碳納米管線12可以在其斷開處形成錐形的碳納米管線尖端122。在該步驟(S 120)中不需要再增加其他步驟，如對所述碳納米管線施加電壓，只 需要通過所述激光照射就可以切斷所述碳納米管線。在上述條件下，所述激光14可以均勻 的照射所述碳納米管線12的預(yù)定位置124，使得碳納米管線12在預(yù)定位置IM處均勻受 熱，所述氧化性氣體會在該預(yù)定位置1 氧化該碳納米管線12中的碳納米管，從而使得該 碳納米管線12在該預(yù)定位置IM處慢慢地、逐漸變細(xì)，直至燒斷?？梢岳斫?，所述碳納米管線12也可以置于二氧化碳?xì)怏w、氮?dú)?、氬氣等非氧化?氣體中。在該非氧化性氣體中，所述碳納米管線12在被激光14掃描的過程中，預(yù)定位置 124處的碳納米管會被氣化而蒸發(fā)掉，因此使得碳納米管線12在預(yù)定位置IM處被燒斷。本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種制備多個(gè)碳納米管線尖端的方法，該方法以下步驟 提供多個(gè)碳納米管線；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于 200毫米/秒的激光按照一預(yù)定路線燒斷所述多個(gè)碳納米管線，形成多個(gè)錐形碳納米管線 尖端。具體地，當(dāng)所述多個(gè)碳納米管線平行排列時(shí)，使得該多個(gè)碳納米管線與所述激光的光 斑沿垂直于該多個(gè)碳納米管線的方向作相對運(yùn)動，從而依次燒斷該多個(gè)碳納米管線。另外，當(dāng)所述多個(gè)碳納米管線呈陣列排列時(shí)，所述激光的光斑或所述多個(gè)碳納米管線按照一預(yù)定 路徑作相對運(yùn)動，使得該多個(gè)碳納米管線陣列中的所有碳納米管線被燒斷。請參閱圖9，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種制備場發(fā)射結(jié)構(gòu)20的方法，該方法包括以 下步驟(S210)提供一碳納米管線22、一第一電極沈以及一與該第一電極沈間隔設(shè)置 的第二電極觀；(S220)將所述碳納米管線22分別固定于所述第一電極沈及所述第二電極觀； 以及(S230)采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒 的激光M燒斷所述碳納米管線22，且在碳納米管線22的斷開處形成一錐形碳納米管線尖 端 222。在步驟(S210)中，所述碳納米管線22的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管線 尖端的制備方法中的碳納米管線12的結(jié)構(gòu)相同。所述第一電極沈及第二電極28之間的間距大約為300微米 500微米。所述第 一電極26及第二電極觀由導(dǎo)電材料制成，如銅、鎢、金、鉬、鉬、導(dǎo)電漿料等。該第一電極沈 及第二電極觀的形狀可依實(shí)際需要設(shè)計(jì)，如錐形、細(xì)小的柱形或者圓臺形。所述第一電極 26也可為形成在一絕緣基底上的導(dǎo)電薄膜。本實(shí)施例中，所述第一電極沈?yàn)殛帢O。所述第二電極觀為陽極，且該陽極表面設(shè) 置有熒光層。該陰極及陽極均由導(dǎo)電漿料組成，且該導(dǎo)電漿料的成分包括金屬粉、低熔點(diǎn)玻 璃粉和粘結(jié)劑。其中，該金屬粉優(yōu)選為銀粉，該粘結(jié)劑優(yōu)選為松油醇或乙基纖維素。該導(dǎo)電 漿料中，金屬粉的重量比為50 90%，低熔點(diǎn)玻璃粉的重量比為2 10%，粘結(jié)劑的重量 比為10 40%。所述熒光層的材料包括高壓熒光粉及低壓熒光粉。該熒光層可以采用沉 積法或涂敷法設(shè)置在所述陽極的表面。該熒光層厚度為5微米 50微米。步驟(S220)為將所述碳納米管線22的一端固定于所述第一電極沈，另一端固定 于所述第二電極觀。其中，所述碳納米管線22可以通過一導(dǎo)電膠分別固定于所述第一電極 26及第二電極28，也可以通過分子間力或者其他方式實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中，所述碳納米管線 22通過導(dǎo)電銀膠分別固定于所述第一電極沈及第二電極觀。步驟(S230)與本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管線尖端的制備方法中的步驟(S 120)基本相同。該步驟(S230)包括以下步驟(S231)將分別固定于所述第二電極觀及第 一電極沈的碳納米管線22置于含有氧化性氣體的氣氛中；以及(S232)以掃描功率大于等 于1瓦，且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光M掃描該碳納米管線22的一 預(yù)定位置224，該預(yù)定位置2M優(yōu)選靠近所述第二電極觀，直至該碳納米管線在該預(yù)定位置 224斷開，形成一發(fā)射體226 ；該發(fā)射體226固定于所述第一電極沈，且具有一錐形碳納米 管線尖端222，從而形成所述場發(fā)射結(jié)構(gòu)20。其中，所述錐形的碳納米管線尖端222包括多 個(gè)端部閉口的碳納米管。該多個(gè)碳納米管的端部閉口有助于提高該發(fā)射體2 的發(fā)射穩(wěn)定 性。所述碳納米管線尖端222的圓錐角小于等于17度；優(yōu)選地，該碳納米管線尖端122的 圓錐角大于等于12度，且小于等于15度。所述激光M的掃描功率優(yōu)選為3. 6瓦 6瓦。 所述掃描速度可以為5毫米/秒 100毫米/秒；優(yōu)選地，該激光14的掃描速度為5毫米 /秒 10毫米/秒。
當(dāng)采用YAG光纖激光器在表1中所述的激光掃描的條件下均可以燒斷所述碳納米 管線，從而形成所述發(fā)射體及場發(fā)射結(jié)構(gòu)。其中，在表1的條件下得到的發(fā)射體及場發(fā)射結(jié) 構(gòu)可以參閱圖10。表1激光掃描的條件
編號abCdefghi掃描功率(瓦)3. 63. 666669. 69. 69. 6掃描速度(毫米/秒)5105105010051050所述碳納米管線22在經(jīng)過所述激光M燒斷后，形成兩個(gè)碳納米管線尖端，一個(gè)碳 納米管線尖端為所述發(fā)射體2 的發(fā)射尖端，另一個(gè)碳納米管線尖端與所述第二電極觀電 連接。所述發(fā)射體2 與所述第二電極觀之間的最短的間距小于等于65微米，優(yōu)選地，兩 者之間的最短的間距大于15微米，且小于等于65微米。其中，設(shè)置于所述第二電極觀上 的碳納米管線尖端與該第二電極觀電連接，所以該固定于第二電極觀上的碳納米管線尖 端相當(dāng)于該場發(fā)射結(jié)構(gòu)的第二電極。本實(shí)施例中，由于所述第一電極沈?yàn)殛帢O，所述第二 電極觀為陽極，當(dāng)分別對所述陰極與陽極施加一電壓時(shí)，由于所述發(fā)射體226的碳納米管 線尖端222與所述陽極上的碳納米管線尖端之間的間距比較小，所述陰極與陽極上的碳納 米管線尖端之間將會形成較大的電勢差，從而電子比較容易通過所述發(fā)射體226的碳納米 管線尖端222發(fā)射出來并轟擊到陽極表面的熒光層上，使得該熒光層發(fā)光。所以，所述陽極 上即使施加比較低的電壓，也可以保證所述場發(fā)射結(jié)構(gòu)20正常工作。因此，所述發(fā)射體226 與所述陽極之間的最短的間距一般是指設(shè)置于第二電極觀的碳納米管線尖端與所述發(fā)射 體226的碳納米管線尖端之間的距離?？梢岳斫猓景l(fā)明實(shí)施例還可以提供制備多個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)20的方法，該方法包 括提供多個(gè)碳納米管線22、多個(gè)第一電極沈以及多個(gè)第二電極觀，且該多個(gè)第一電極沈 與該多個(gè)第二電極觀一一對應(yīng)且間隔設(shè)置；將所述多個(gè)碳納米管線22固定于所述多個(gè)第 一電極26及所述多個(gè)第二電極觀；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃 描速度小于200毫米/秒的激光M燒斷所述多個(gè)碳納米管線22，且在每個(gè)碳納米管線22 的斷開處形成一錐形碳納米管線尖端222，從而形成多個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)20。其中，當(dāng)該多個(gè)場 發(fā)射結(jié)構(gòu)20用于顯示器件中時(shí)，所述多個(gè)第一電極沈與其對應(yīng)的第二電極觀及碳納米管 線22呈陣列排列，所述激光M按照預(yù)定的路徑掃描所述多個(gè)碳納米管線22直至每個(gè)碳納 米管線22斷開；從而形成場發(fā)射結(jié)構(gòu)陣列。因此，上述方法可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)場發(fā)射結(jié)構(gòu) 20。本實(shí)施例中，提供256條碳納米管線22，256個(gè)陰極和256個(gè)陽極。其中，一個(gè)陰 極、一個(gè)陽極及一條碳納米管線22組成一個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)前驅(qū)體。該場發(fā)射結(jié)構(gòu)前驅(qū)體中的 陰極與陽極間隔設(shè)置，且碳納米管線22固定于該陰極與陽極。即，本實(shí)施例提供256個(gè)場 發(fā)射結(jié)構(gòu)前驅(qū)體。該256個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)前驅(qū)體按照16X16的陣列方式排列。然后，僅采用 掃描功率為3. 6瓦，掃描速度為5毫米/秒的激光按照預(yù)設(shè)的路線掃描所述256條碳納米管線，使得該條碳納米管線斷開，從而形成256個(gè)、按照16X 16的陣列方式排列的場發(fā)射結(jié) 構(gòu)20。請參閱圖11及圖12，該256個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)20中的發(fā)射體的碳納米管線尖端222 的圓錐角的分布是相對集中的，該碳納米管線尖端222與陽極上的碳納米管線尖端之間的 間距的分布也是相對集中的；因此，所述發(fā)射體的碳納米管線尖端222能夠均勻的發(fā)射電 子。另外，陰極與陽極上的碳納米管線尖端之間的間距小于等于65微米，施加電壓之后，碳 納米管線尖端222可以在較低的電壓下發(fā)射電子，使得所述陰極上的碳納米管線尖端222 比較容易發(fā)生電流；所以，即使陽極上施加較小的電壓，所述發(fā)射體的碳納米管線尖端222 也能夠發(fā)射電子。請參閱圖13至圖15，當(dāng)所述256個(gè)場發(fā)射結(jié)構(gòu)20作為16 X 16像素單元應(yīng)用于顯 示裝置時(shí)，所述碳納米管線尖端222的場發(fā)射增強(qiáng)因子分布比較集中；場發(fā)射電流和亮度 雖然呈指數(shù)分布，但大多數(shù)還是落在一個(gè)比較小的范圍。請參閱圖16，所述場發(fā)射結(jié)構(gòu)20 的場發(fā)射電流和亮度都是比較穩(wěn)定的，雖然場發(fā)射電流在電子發(fā)射初始階段表現(xiàn)出一個(gè)明 顯的衰減，但最終能夠趨于穩(wěn)定。另外，從圖17可以看出當(dāng)采用本發(fā)明實(shí)施例提供的場發(fā) 射結(jié)構(gòu)20作為顯示裝置的像素單元時(shí)，通過控制電路可以使該顯示裝置顯示動態(tài)圖像。因 此，所述碳納米管線尖端222可以在場發(fā)射器件中正常的工作。本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管線尖端的制備方法能夠比較容易地制備出錐形的 碳納米管線尖端，該錐形的碳納米管線尖端可以作為電子發(fā)射體的尖端，使得該電子發(fā)射 體的尖端表面會出現(xiàn)電力線的匯聚，從而擁有較大的電場強(qiáng)度，進(jìn)而使得所述發(fā)射體中的 電子比較容易逸出。本發(fā)明提供的制備方法可以批量生產(chǎn)所述碳納米管線尖端。由該方法 制備的碳納米管線尖端用作電子發(fā)射體的尖端時(shí)，能夠均勻的發(fā)射電子，發(fā)射性能比較穩(wěn) 定，而且可以正常工作。本發(fā)明實(shí)施例提供的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法使得場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制 造工序更加簡單，而且電子發(fā)射體的尖端和其他電極之間的距離更容易控制。另外，由本發(fā) 明實(shí)施例提供的制備場發(fā)射結(jié)構(gòu)的方法可以批量生產(chǎn)場發(fā)射結(jié)構(gòu)；該場發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)射性 能比較穩(wěn)定，而且可以正常工作。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神 所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管線尖端的制備方法，其包括提供一碳納米管線；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光燒斷 所述碳納米管線，形成一錐形碳納米管線尖端。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述僅采用掃描功 率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光燒斷所述碳納米管線的 步驟包括所述激光以大于等于1瓦且小于10瓦的掃描功率垂直照射所述碳納米管線，并在 垂直于該碳納米管線的方向以小于200毫米/秒的速度直線掃描該碳納米管線。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述形成錐形碳納 米管線尖端的步驟包括將所述碳納米管線置于含有氧化性氣體的氣氛中；以及采用掃描 功率大于等于ι瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光掃描該碳納米管線的 一預(yù)定位置，直至該碳納米管線在該預(yù)定位置斷開成兩部分。
4.如權(quán)利要求3所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述碳納米管線在 該預(yù)定位置斷開成兩部分之后，每一部分碳納米管線都具有所述錐形碳納米管線尖端。
5.如權(quán)利要求4所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述錐形碳納米管 線尖端的圓錐角大于等于10度，且小于等于17度。
6.如權(quán)利要求3所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述激光的掃描功 率大于等于3. 6瓦，且小于等于6瓦。
7.如權(quán)利要求3所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述激光的掃描速 度大于等于5毫米/秒，且小于等于100毫米/秒。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述碳納米管線包 括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管沿該碳納米管線的軸向排列或螺旋延伸排列。
9.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述錐形碳納米管 線尖端包括多個(gè)閉口的碳納米管。
10.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述碳納米管線的 直徑為0. 5納米至100微米。
11.一種碳納米管線尖端的制備方法，其包括提供多個(gè)碳納米管線；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光按照 一預(yù)定路線依次燒斷所述多個(gè)碳納米管線，形成多個(gè)錐形碳納米管線尖端。
12.如權(quán)利要求11所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)碳納 米管線平行排列時(shí)，所述形成多個(gè)錐形碳納米管線尖端的步驟包括所述激光垂直照射所 述多個(gè)碳納米管線，且于垂直于該多個(gè)碳納米管線的方向上于該多個(gè)碳納米管線作相對運(yùn) 動，從而依次燒斷該多個(gè)碳納米管線。
13.如權(quán)利要求11所述的碳納米管線尖端的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)碳納米 管線呈陣列排列。
14.一種場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括提供一碳納米管線、一第一電極以及一與該第一電極間隔設(shè)置的第二電極；將所述碳納米管線的兩端分別固定于所述第一電極及第二電極；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光燒斷 所述碳納米管線，且在碳納米管線的燒斷處形成一錐形碳納米管線尖端。
15.如權(quán)利要求14所述的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述將碳納米管線分 別固定于所述第一電極及第二電極的步驟包括將所述碳納米管線的一端通過導(dǎo)電膠固定 于所述第一電極；以及將所述碳納米管線的另一端通過導(dǎo)電膠固定于所述第二電極。
16.如權(quán)利要求14所述的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述形成錐形碳納米 管線尖端的步驟包括將分別固定于所述第一電極及第二電極的碳納米管線置于含有氧化 性氣體的氣氛中；以及采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米 /秒的激光掃描該碳納米管線的一預(yù)定位置，直至該碳納米管線在該預(yù)定位置斷開，形成一 發(fā)射體，該發(fā)射體固定于所述第一電極且具有所述錐形碳納米管線尖端。
17.如權(quán)利要求14所述的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述激光的掃描功率 大于等于3. 6瓦，且小于等于6瓦。
18.如權(quán)利要求14所述的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述掃描速度大于等 于5毫米/秒，且小于等于100毫米/秒。
19.如權(quán)利要求14所述的場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述錐形碳納米管線 尖端包括多個(gè)閉口的碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管線尖端的制備方法，其包括提供一碳納米管線；以及僅采用掃描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及掃描速度小于200毫米/秒的激光燒斷所述碳納米管線，形成一錐形碳納米管線尖端。本發(fā)明還提供一種場發(fā)射結(jié)構(gòu)的制備方法。
文檔編號H01J9/02GK102082051SQ201010616298
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者周段亮, 柳鵬, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司