專利名稱：一種納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源及其制備方法，特別是涉及用聲化學(xué)方法在常溫和常壓條件下制備納米碳管，并利用電泳沉積法將所制備的納米碳管沉積在碳纖維或金屬(或合金)纖維編織物(布或繩)襯底上，制成納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法。
背景技術(shù)：
由于納米碳管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，極高的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，以及非常高的形狀因子(長(zhǎng)度與半徑的比值)，使它成為理想的電子場(chǎng)發(fā)射材料，從而在新一代場(chǎng)發(fā)射照明燈、場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)和其它微電子真空器件的發(fā)展中占有顯赫的地位。
電弧法、激光法和化學(xué)氣相沉積(CVD)法(包括熱解CVD和各類等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積—PECVD)，是制備單層納米碳管和多層納米碳管的三種常用方法。由于能夠?qū)瘜W(xué)氣相沉積過程進(jìn)行有效控制，人們利用化學(xué)氣相沉積法不僅能批量制備高純度單層納米碳管和多層納米碳管，而且能制備用電弧法和激光法難于或無法合成的取向MWNTs膜。用上述三種方法制備納米碳管，均需高溫、真空或其它特殊工藝條件。
眾所周知，利用超聲的聲空化效應(yīng)可有效進(jìn)行化學(xué)分解和合成。最近用聲化學(xué)方法，在常溫和常壓條件下成功合成了單層納米碳管[1]([1]S.-H.Jeong，et al.，J.Am.Chem.Soc.126(2004)15982.)。用聲化學(xué)方法合成單層納米碳管的方法如下首先配制具有一定摩爾濃度的二茂鐵在對(duì)二甲苯中的溶液，并在已配制好的溶液內(nèi)加入一定數(shù)量的SiO2粉末；然后用200W鈦探頭超聲源對(duì)溶液進(jìn)行超聲處理，可得到單層納米碳管(產(chǎn)物中含有SiO2顆粒、催化劑納米顆粒和少量非晶碳顆粒及石墨碎片等雜質(zhì))。根據(jù)聲化學(xué)原理，聲空化效應(yīng)會(huì)引起二茂鐵和對(duì)二甲苯的分解。由二茂鐵分解出來的鐵原子，在SiO2顆粒表面聚集而形成鐵納米顆粒；在聲空化氣泡內(nèi)的局域高溫和高壓環(huán)境中和在鐵納米顆粒的催化作用下，從二茂鐵和對(duì)二甲苯分解出來的碳原子形成單層納米碳管以及少量的非晶碳顆粒和石墨碎片等雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，(1)在聲化學(xué)合成中SiO2顆粒起重要作用，不加SiO2粉末就不能形成單層納米碳管；(2)二茂鐵含量對(duì)產(chǎn)物有重大影響，含量過低使單層納米碳管的產(chǎn)率很小，含量過高會(huì)產(chǎn)生過多的非晶碳顆粒和石墨碎片，甚至多層納米碳管；適量二茂鐵是獲得純凈、高產(chǎn)率單層納米碳管的關(guān)鍵。聲化學(xué)方法不僅可以規(guī)?；a(chǎn)高純單層納米碳管，而且與電弧法、激光法和CVD法相比，具有設(shè)備和制備工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能源和降低成本的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)靜電學(xué)原理，物體表面的凸起會(huì)引起局域電場(chǎng)的增強(qiáng)，場(chǎng)增強(qiáng)因子(β)與凸起的曲率半徑(r)成反比，與凸起的高度(h)成正比(β∝h/r)。碳纖維編織布的表面凹凸不平，它們本身就是一種良好的場(chǎng)發(fā)射源。用化學(xué)氣相沉積法在碳纖維編織布上生長(zhǎng)多層納米碳管形成的復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，顯示極高的場(chǎng)增強(qiáng)因子(β＝1.88×104)，比在Si或玻璃等光滑基片上生長(zhǎng)的納米碳管膜的β值高約一個(gè)數(shù)量級(jí)[2]([2]S.H.Jo，Z.F. Ren et al.，Appl.Phys.Lett.，85(2004)810.)。最近的研究[3]([3]J.Y.Huang，Z.F.Ren et al.，Appl.Phys.Lett.，87(2005)53110)表明，納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的優(yōu)異場(chǎng)發(fā)射性能由場(chǎng)發(fā)射的多級(jí)效應(yīng)引起。
用絲網(wǎng)印刷法將納米碳管糊膏(納米碳管與有機(jī)粘合劑的混合物)涂覆在襯底上，制成納米碳管場(chǎng)發(fā)射陰極，它已應(yīng)用于納米碳管發(fā)光元件的制作[4]([4]Y.Saito，S.Uemura，Carbon 38(2000)169)。絲網(wǎng)印刷技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，適于制作大面積場(chǎng)發(fā)射陰極；但也存在場(chǎng)發(fā)射均勻性差、分辨率低、納米碳管利用率低和需要激活后才能使用等缺點(diǎn)。眾所周知，利用電泳沉積法可以在任意復(fù)雜形狀的襯底上沉積與襯底牢固結(jié)合的覆蓋層[5]([5]O.O.Van der Biest，et al.，Annu.Rev.Mater.Sci.29(1999)327)。近年來，人們已經(jīng)將電泳沉積法應(yīng)用于納米碳管場(chǎng)發(fā)射陰極的制備[6]([6]O.Zhou，et al.，APL 78(2001)1547；84(2004)3738.)。用電泳沉積法制備納米碳管場(chǎng)發(fā)射陰極的步驟簡(jiǎn)述如下首先將一定數(shù)量的納米碳管放入溶液(去離子水或乙醇等有機(jī)溶液)中，并經(jīng)超聲處理形成穩(wěn)定的懸浮液；然后，在懸浮液中加入“荷電體”(MgCl2或NaOH等電解質(zhì))，使納米碳管“吸附離子”而帶電荷，例如“吸附Mg2+”帶正電荷，或“吸附OH-”而帶負(fù)電荷；隨后，在懸浮液中插入兩個(gè)電極(其中之一為襯底，襯底電極的極性與納米碳管所攜帶電荷極性相反)，加電場(chǎng)后納米碳管將向襯底電極方向遷移并沉積在襯底上。與絲網(wǎng)印刷法相比，電泳沉積法制備的納米碳管陰極具有納米碳管與襯底粘接牢固、場(chǎng)發(fā)射均勻性、穩(wěn)定性好和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，電泳沉積法還具有納米碳管利用率高、產(chǎn)率高和不受襯底尺寸限制等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于場(chǎng)發(fā)射多級(jí)效應(yīng)原理，利用電泳沉積法將用聲化學(xué)方法制備的并經(jīng)純化和剪切的納米碳管，沉積到碳纖維或金屬(或合金)纖維編織物(布或繩)上，形成具有極高場(chǎng)增強(qiáng)因子的納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源(可降低場(chǎng)發(fā)射器件的工作電壓和能耗)，以及提供一種制備該納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法。
本發(fā)明提供一種納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，它由襯底和在襯底上沉積的納米碳管膜組成，其特征在于，所述的襯底是導(dǎo)電纖維編織物，所述的編織物包括編織繩或編織布，該編織物的纖維直徑范圍為1～20μm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的纖維編織物可以是纖維編織繩或纖維編織布，所用的纖維包括碳纖維和鐵、鎳、鋁、銅及其合金纖維，特別是Fe-Al-Cr合金纖維和不銹鋼纖維；所述的纖維直徑范圍為1～20μm。
本發(fā)明提供的一種制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，包括以下步驟(a)配制納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液由有機(jī)溶劑、有機(jī)過渡族金屬化合物(作為催化劑)和氧化物顆粒(作為載體，為納米碳管形成提供成核表面)組成；有機(jī)生長(zhǎng)液中過渡族金屬元素的摩爾濃度為2×10-4mol/L～2×10-2mol/L，載體顆粒物的加入量為10～100g/L；(b)納米碳管的聲化學(xué)生長(zhǎng)在常溫和常壓條件下，對(duì)上述有機(jī)生長(zhǎng)液進(jìn)行超聲處理，有機(jī)生長(zhǎng)液的聲化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物為納米碳管、少量的石墨碎片和非晶碳納米顆粒以及催化劑金屬顆粒等；將超聲處理后的有機(jī)生長(zhǎng)液進(jìn)行離心分離和過濾，從而得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物；(c)配制納米碳管的懸浮液懸浮液由水或有機(jī)溶劑、用聲化學(xué)法合成的納米碳管和“荷電體”(使納米碳管攜帶電荷)組成；其中納米碳管的含量范圍為1～1000mg/L，在懸浮液中“荷電體”的濃度范圍為0.01～1g/L；(d)納米碳管的電泳沉積在盛有納米碳管懸浮液的容器內(nèi)插入兩個(gè)電極，其中一個(gè)電極為導(dǎo)電纖維編織物，它的極性與納米碳管所攜帶電荷極性相反，兩個(gè)電極之間的距離為1～15cm，電壓為1～1,000V，電泳時(shí)間為0.5～10分鐘，在外電場(chǎng)作用下納米碳管通過電泳過程沉積到導(dǎo)電纖維編織物上，形成納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
在上述技術(shù)方案中，配制納米碳管的懸浮液之前，可采用純化和剪切步驟去除步驟(b)所得固態(tài)產(chǎn)物中的雜質(zhì)，獲得長(zhǎng)度可控且相對(duì)均勻的高純納米碳管，從而有利于提高復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的場(chǎng)發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性。聲化學(xué)反應(yīng)的固態(tài)產(chǎn)物中除納米碳管外，還含有催化劑金屬顆粒、氧化物顆粒、石墨碎片和非晶碳納米顆粒等雜質(zhì)。利用金屬和金屬氧化物與含碳物質(zhì)的抗酸腐蝕能力的差異，很容易通過強(qiáng)酸腐蝕去除金屬和金屬氧化物顆粒。非晶碳納米顆粒和石墨碎片通常附著在納米碳管的表面，為了清除這些含碳雜質(zhì)，首先用表面活性超聲分散技術(shù)使含碳雜質(zhì)從納米碳管表面剝離；然后利用含碳雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷多，化學(xué)活性高和更易氧化的特點(diǎn)，采用選擇性氧化技術(shù)(在500℃下空氣中氧化或稀(硝)酸回流法)去除含碳雜質(zhì)。納米碳管的結(jié)構(gòu)缺陷具有更高的能量，可用超聲刻蝕法對(duì)納米碳管進(jìn)行剪切，控制納米碳管的長(zhǎng)度及其均勻性。
在上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)溶劑是納米碳管生長(zhǎng)的主要碳源，應(yīng)選擇無毒或毒性小、并能溶解所選有機(jī)金屬化合物(作為催化劑)的有機(jī)溶劑，它們包括二甲基甲酰胺(DMF)C3H7NO、對(duì)二甲苯C8H10、萘烷C10H18或癸烷C10H22。
在上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)金屬化合物為納米碳管生長(zhǎng)提供所需的金屬催化劑。Fe、Ni、Co和Mo等過渡族金屬元素，是納米碳管生長(zhǎng)常用的金屬催化劑；有機(jī)金屬化合物包括二茂鐵C10H10Fe、五羰基鐵Fe(CO)5、四羰基鎳Ni(CO)4、酞菁鈷C32H16N8Co(PcCo)或六羰基鉬Mo(CO)6等。在納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液中，上述過渡族金屬元素的摩爾濃度范圍為2×10-4mol/L～2×10-2mol/L。
在上述技術(shù)方案中，在配制納米碳管的有機(jī)生長(zhǎng)液時(shí)還可以加入表面活化劑，促進(jìn)納米碳管的成核和生長(zhǎng)。常用表面活性元素為非金屬元素S、P和B，所述的表面活化劑包括噻吩C4H4S、環(huán)丁砜C4H8O2S、磷酸三乙酯(C3H5)3O4P、二苯基丙烯基硼烷(C15H15B)、或三苯基硼(C18H15B)。表面活性劑選擇應(yīng)與有機(jī)溶劑和有機(jī)金屬化合物的選擇匹配，以便最大限度地發(fā)揮表面活性劑的作用；溶液中上述表面活性元素的摩爾濃度為2×10-5mol/L～2×10-3mol/L。
在上述技術(shù)方案中，所述載體顆粒為納米碳管生長(zhǎng)提供成核表面，可選擇具有化學(xué)惰性的氧化物作為載體，包括氧化硅、氧化鋁、或氧化鎂粉末，粉末顆粒的直徑范圍為0.5～5mm。
在上述技術(shù)方案中，在納米碳管聲化學(xué)合成中超聲源的工作頻率范圍為15～32KHz，功率范圍為100～2000W，超聲處理的時(shí)間范圍為5～40分鐘。
在上述技術(shù)方案中，利用化學(xué)腐蝕法可以容易地去除產(chǎn)物中的催化劑納米顆粒和氧化物顆粒，例如用鹽酸(或硫酸，或硝酸)可去除產(chǎn)物中的氧化鋁或氧化鎂和催化劑顆粒，用氫氟酸可去除氧化硅和催化劑顆粒。
在上述技術(shù)方案中，利用納米碳管與含碳雜質(zhì)的起始氧化溫度不同(前者約為580℃，后者約為480℃)，可用在500℃下的選擇性氧化去除含碳雜質(zhì)，也可以利用稀(硝)酸回流法去除含碳雜質(zhì)，獲得純凈納米碳管。
在上述技術(shù)方案中，將純化后的納米碳管放入硝酸—硫酸混合液中，通過超聲化學(xué)刻蝕對(duì)納米碳管進(jìn)行有效的剪切，控制納米碳管的長(zhǎng)度及其均勻性。
在上述技術(shù)方案中，納米碳管懸浮液的溶劑為水H2O、甲醇CH4O、乙醇C2H6O、異丙醇C3H8O或二甲基甲酰胺C3H7NO，懸浮液中納米碳管的含量范圍為1-1000mg/L。
在上述技術(shù)方案中，為實(shí)現(xiàn)納米碳管的電泳沉積，需在懸浮液中加入MgCl2、Mg(NO3)2、AlCl3或NaOH等“荷電體”，使懸浮液中的納米碳管帶電荷例如，加入MgCl2使納米碳管“吸附Mg2+”而帶正電荷，加入NaOH使納米碳管“吸附OH-”而帶負(fù)電荷?！昂呻婓w”在溶液中的濃度范圍為0.01-1g/L。
在上述技術(shù)方案中，當(dāng)導(dǎo)電纖維編織物為碳、鋁或銅纖維編織物時(shí)，需在纖維編織物上沉積厚度約10-100nm的碳化物形成元素Fe、Ti、Zr、V、Nb、Mo、或W膜，用以增強(qiáng)納米碳管與纖維編織物的粘合力。
本發(fā)明在常溫和常壓條件下采用聲化學(xué)方法制備納米碳管，采用化學(xué)腐蝕、表面活性超聲分散和選擇性氧化等方法進(jìn)行納米碳管的純化，采用超聲刻蝕法對(duì)純化納米碳管進(jìn)行剪切，并通過電泳沉積法將純化和剪切后的納米碳管牢固地沉積在碳纖維或金屬(或合金)纖維編織物(布或繩)上，制成納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)與激光法、電弧法和化學(xué)氣相沉積法相比，納米碳管聲化學(xué)合成方法的設(shè)備和工藝更為簡(jiǎn)單、效率更高、能耗和成本更低、更適于規(guī)模化生產(chǎn)。
(2)與絲網(wǎng)印刷法相比，電泳沉積法的納米碳管利用率更高，有利子降低成本；用電泳沉積法制備的納米碳管膜與襯底具有更強(qiáng)的粘接性，所制備的納米碳管陰極的場(chǎng)發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性均優(yōu)于絲網(wǎng)印刷法。
(3)用電泳法將納米碳管沉積在纖維編織物上制成的復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，具有極高的場(chǎng)增強(qiáng)因子，可降低場(chǎng)發(fā)射器件的工作電壓和能耗。


圖1本發(fā)明用聲化學(xué)方法制備納米碳管的示意2本發(fā)明用電泳沉積法制備平面型納米碳管場(chǎng)發(fā)射源的示意3本發(fā)明用電泳沉積法制備線型納米碳管場(chǎng)發(fā)射源的示意圖其中，101是鈦超聲探頭；102是納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液；103是載體顆粒；104是催化劑顆粒；201是直流電源；202是納米碳管懸浮液；203是金屬平板電極；204是平面襯底電極；205是電場(chǎng)方向；301是線性襯底電極；302是圓筒型金屬電極；303是納米碳管懸浮液；304是直流電源。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明給出進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1本實(shí)施例采用Fe-Al-Cr纖維編織布作為襯底，F(xiàn)e-Al-Cr編織布面積為2×2cm2，F(xiàn)e-Al-Cr纖維直徑為1μm。在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL對(duì)二甲苯C8H10，加入20mg二茂鐵和2克平均顆粒直徑約為2mm的氧化硅粉末。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液102的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭101進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為300W，超聲處理時(shí)間為20分鐘；在超聲處理過程中有機(jī)生長(zhǎng)液102發(fā)生聲化學(xué)反應(yīng)，在氧化硅載體103表面生成納米碳管，同時(shí)生成包括催化劑顆粒104和非晶碳和石墨納米顆粒的雜質(zhì)，使有機(jī)溶液的顏色逐漸變黑；待超聲處理結(jié)束后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理去除大的雜質(zhì)顆粒，得到含有納米碳管和小雜質(zhì)顆粒的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)配制納米碳管乙醇懸浮液量取100mL乙醇，加入1mg步驟(2)合成的含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物和5mg MgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(4)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液202中，插入兩個(gè)電極，電極通過導(dǎo)線分別與直流電源201的正極和負(fù)極相連；在圖2所示的例子中，負(fù)極為Fe-Al-Cr纖維編織布204，正極為金片203，兩個(gè)電極的間距為2cm，電壓為100V，電泳時(shí)間為3分鐘。在上述電泳沉積條件下，帶正電荷的納米碳管將逆著電場(chǎng)方向205移動(dòng)，并沉積在Fe-Al-Cr纖維編織布上，得到平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例2本實(shí)施例采用碳纖維編織布作為襯底，碳纖維編織布的面積為2×2cm2，碳纖維直徑為2μm。在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)沉積Ti膜用電子束蒸發(fā)法在上述碳纖維編織布上蒸鍍厚為20nm的Ti膜，用以增強(qiáng)納米碳管與碳纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL癸烷、加入2mg五羰基鐵和0.5g平均顆粒直徑約為3mm的氧化硅粉末。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為2000W，超聲處理時(shí)間為5分鐘；在超聲處理過程中有機(jī)生長(zhǎng)液發(fā)生聲化學(xué)反應(yīng)，生成納米碳管和含碳雜質(zhì)顆粒和催化劑顆粒，使有機(jī)溶液的顏色逐漸變黑；待超聲處理結(jié)束后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理去除大的雜質(zhì)顆粒，得到含有納米碳管和其它小的雜質(zhì)顆粒的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)配制納米碳管水懸浮液量取100mL去離子水，加入2.5mg步驟(3)合成的納米碳管和0.5mgMgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為上述鍍Ti的碳纖維編織布，正極為金片，兩個(gè)電極的間距為0.5cm，電壓為30V，電泳時(shí)間為0.5分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管將牢固地沉積在鍍Ti的碳纖維編織布上，得到平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例3制備步驟同實(shí)施例2，采用碳纖維編織布作為襯底，碳纖維編織布的面積為2×2cm2，碳纖維直徑為3μm。在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)Mo膜用電子束蒸發(fā)法在上述碳纖維編織布上蒸鍍厚為5nm的Mo膜，用以增強(qiáng)納米碳管與碳纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL萘烷、加入4mg四羰基鎳、0.5g平均顆粒直徑約為1mm的氧化硅粉末和0.1mg噻吩。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為1500W，超聲處理時(shí)間為5分鐘；在超聲處理過程中有機(jī)生長(zhǎng)液發(fā)生聲化學(xué)反應(yīng)，生成納米碳管和含碳雜質(zhì)顆粒和催化劑顆粒，使有機(jī)溶液的顏色逐漸變黑；由于加入表面活性劑噻吩，使聲化學(xué)反應(yīng)加速，反應(yīng)產(chǎn)物增多；待超聲處理結(jié)束后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理去除大的雜質(zhì)顆粒，得到含有納米碳管和其它小的雜質(zhì)顆粒的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)配制納米碳管水懸浮液量取100mL去離子水，加入1mg步驟(3)合成的含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物和2.5mgNaOH；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶負(fù)電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在本實(shí)施例中，由于納米碳管帶負(fù)電荷，平面襯底電極的極性應(yīng)為正(其極性應(yīng)與納米碳管所帶電荷極性相反)，因此直流電源的正極與襯底(鍍Mo的碳纖維編織布)電極相連，而負(fù)極與金平板電極相連；兩個(gè)電極的間距為5cm，電壓為100V，電泳時(shí)間為2分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管將牢固地沉積在上述鍍Mo的碳纖維編織布上，得到平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例4本實(shí)施例采用碳纖維編織繩作為襯底，碳纖維編織繩的長(zhǎng)度為10cm，碳纖維直徑為4μm。在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)Fe膜用電子束蒸發(fā)法在上述碳纖維編織繩上蒸鍍厚為40nm的Fe膜，用以增強(qiáng)納米碳管與碳纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL二甲基甲酰胺、加入28.5mg酞菁鈷、平均顆粒直徑約為4mm的1.5g氧化鋁粉末和0.3mg環(huán)丁砜。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為16kHz、超聲功率為600W，超聲處理時(shí)間為10分鐘；在超聲處理過程中有機(jī)生長(zhǎng)液發(fā)生聲化學(xué)反應(yīng)，生成納米碳管和含碳雜質(zhì)顆粒和催化劑顆粒，使有機(jī)溶液的顏色逐漸變黑；由于加入表面活性劑環(huán)丁砜，使聲化學(xué)反應(yīng)加速，反應(yīng)產(chǎn)物增多；待超聲處理結(jié)束后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理去除大的雜質(zhì)顆粒，得到含有納米碳管和其它小的雜質(zhì)顆粒的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)納米碳管的純化和剪切經(jīng)離心分離和過濾處理后得到的固態(tài)產(chǎn)物中，除含有納米碳管外還有其它雜質(zhì)。在配制懸浮液進(jìn)行電泳沉積之前，對(duì)上述固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行純化利用超聲分散法將納米碳管與含碳雜質(zhì)(非晶碳納米顆粒和石墨碎片)分離，然后用鹽酸溶解氧化鋁和催化劑顆粒，并用硝酸回流法和空氣氧化法清除含碳雜質(zhì)，獲得高純納米碳管；并采用超聲刻蝕法對(duì)所得高純納米碳管進(jìn)行剪切。
(5)配制納米碳管乙醇懸浮液量取100mL乙醇，加入50mg用步驟(3)和(4)制備的高純納米碳管和20mg AlCl3；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(6)納米碳管電泳沉積(參見圖3)在配制好的納米碳管懸浮液303中，插入兩個(gè)電極，其中正極是半徑為2cm的金屬(金)圓筒302，作為負(fù)極的上述鍍Fe的碳纖維編織繩301置于圓筒型正極的軸線位置，通過直流電源304調(diào)整極間電壓為100V，電泳時(shí)間為2分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管將通過電泳過程牢固地沉積在上述鍍Fe的碳纖維編織繩上，得到線型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。由于沉積的是經(jīng)純化和剪切的納米碳管，本實(shí)施例制備的復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的性能得到極大的改進(jìn)。
實(shí)施例5本實(shí)施例采用不銹鋼纖維編織布作為襯底，不銹鋼纖維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為5μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL對(duì)二甲苯，加入39.6mg六羰基鉬、2g平均顆粒直徑約為5mm的氧化鋁粉和1.1mg磷酸三乙酯。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為30kHz、超聲功率為500W，超聲處理時(shí)間為10分鐘；經(jīng)超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(4)配制納米碳管異丙醇懸浮液量取100mL異丙醇，加入20mg用步驟(2)和(3)制備的高純納米碳管和50mgAlCl3；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為不銹鋼纖維編織布，正極為金片，兩個(gè)電極的間距為10cm，電壓為500V，電泳時(shí)間為4分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管將沉積在不銹鋼纖維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例6本實(shí)施例采用不銹鋼纖維編織繩作為襯底，纖維編織繩的長(zhǎng)度為8cm，纖維直徑為10μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL萘烷，加入171mg四羰基鎳、2.5g平均顆粒直徑約為4mm的氧化鋁粉和1.3mg噻吩。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為100W，超聲處理時(shí)間為40分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件均與實(shí)施例4相同。
(4)配制納米碳管二甲基甲酰胺懸浮液量取100mL二甲基甲酰胺，加入0.04mg用步驟(2)和(3)制備的高純納米碳管和15mg MgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖3)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中正極是半徑為2cm的金屬(金)圓筒，不銹鋼纖維編織繩負(fù)極位于圓筒型正極的軸線位置，極間電壓為150V，電泳時(shí)間為1分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程沉積在不銹鋼纖維編織繩上，得到性能優(yōu)良的線型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例7本實(shí)施例采用碳纖維編織布作為襯底，碳纖維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為15μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)V膜用電子束蒸發(fā)法在上述碳纖維編織繩上蒸鍍厚為1nm的V膜，用以增強(qiáng)納米碳管與碳纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL二甲基甲酰胺，加入46.5mg二茂鐵、3g平均顆粒直徑約為0.5mm的氧化鎂粉末和8.5mg三苯基硼。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為400W，超聲處理時(shí)間為20分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)納米碳管的純化和剪切步驟和條件均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(5)配制納米碳管甲醇懸浮液量取100mL甲醇，加入2mg用步驟(3)和(4)制備的高純納米碳管和3.5mgAlCl3；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(6)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為鍍V的碳纖維編織布，正極為不銹鋼片，兩個(gè)電極的間距為1cm，電壓為40V，電泳時(shí)間為5分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鍍V的碳纖維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例8本實(shí)施例采用Fe-Al-Cr纖維編織布作為襯底，F(xiàn)e-Al-Cr纖維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為15μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下
(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL癸烷，加入20mg酞菁鈷、3.5g平均顆粒直徑約為0.7mm的氧化鎂粉和6mg環(huán)丁砜。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為1000W，超聲處理時(shí)間為10分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件中，除用硝酸腐蝕氧化鎂和催化劑顆粒外，其它均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(4)配制納米碳管異丙醇懸浮液量取100mL異丙醇，加入22.5mg用步驟(2)和(3)制備的離純納米碳管和40mg Mg(NO3)2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為Fe-Al-Cr纖維編織布，正極為不銹鋼片，兩個(gè)電極的間距為15cm，電壓為1000V，電泳時(shí)間為10分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在Fe-Al-Cr纖維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例9本實(shí)施例采用Fe-Al-Cr纖維編織繩作為襯底，纖維編織繩的長(zhǎng)度為15cm，纖維直徑為20μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL對(duì)二甲苯，加入78.4mg五羰基鐵、4g平均顆粒直徑約為0.9mm的氧化鎂粉和20.6mg二苯基丙稀基硼烷。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為400W，超聲處理時(shí)間為15分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件中，除用硝酸腐蝕氧化鎂和催化劑顆粒外，其它均與實(shí)施例4相同。
(4)配制納米碳管二甲基甲酰胺懸浮液量取100mL二甲基甲酰胺，加入6mg用步驟(2)和(3)制備的高純納米碳管和3mg MgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖3)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中正極是半徑為1.5cm的金屬(不銹鋼)圓筒，F(xiàn)e-Al-Cr纖維編織繩負(fù)極位于圓筒型正極的軸線位置，極間電壓為80V，電泳時(shí)間為2分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在Fe-Al-Cr纖維編織繩上，得到性能優(yōu)良的線型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例10本實(shí)施例采用鎳?yán)w維編織繩作為襯底，纖維編織繩的長(zhǎng)度為6cm，纖維直徑為10μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL二甲基甲酰胺，加入28.5mg酞菁鈷、4.5g平均顆粒直徑約為5mm的氧化硅粉和0.76mg磷酸三乙酯。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為16kHz、超聲功率為200W，超聲處理時(shí)間為30分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件中，除用氫氟酸腐蝕氧化硅和催化劑顆粒外，其它均與實(shí)施例4相同。
(4)配制納米碳管二甲基甲酰胺懸浮液量取100mL二甲基甲酰胺，加入1mg用步驟(2)和(3)制備的高純納米碳管和45mg NaOH；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶負(fù)電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖3)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中半徑為2cm的金屬(不銹鋼)圓筒與直流電源的負(fù)極相連，位于圓筒型負(fù)極的軸線位置的鎳?yán)w維編織繩與直流電源的正極相連；極間電壓為100V，電泳時(shí)間為1分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鎳?yán)w維編織繩上，得到性能優(yōu)良的線型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例11本實(shí)施例采用鎳?yán)w維編織布作為襯底，鎳?yán)w維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為15μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL萘烷，加入39mg五羰基鐵、5g平均顆粒直徑約為4mm的氧化鎂粉和18mg三苯基硼。
(2)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為500W，超聲處理時(shí)間為15分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(3)納米碳管的純化和剪切步驟和條件中，除用氫氟酸腐蝕氧化硅和催化劑顆粒外，其它均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(4)配制納米碳管乙醇懸浮液量取100mL乙醇，加入4mg用步驟(2)和(3)制備的高純納米碳管和1mg MgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(5)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為鎳?yán)w維編織布，正極為不銹鋼片，兩個(gè)電極的間距為4cm，電壓為200V，電泳時(shí)間為6分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鎳?yán)w維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例12本實(shí)施例采用鋁纖維編織布作為襯底，鋁纖維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為5μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)Nb膜用電子束蒸發(fā)法在上述鋁纖維編織布上蒸鍍厚為30nm的Nb膜，用以增強(qiáng)納米碳管與鋁纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL二甲基甲酰胺，加入51mg四羰基鎳、1.5g平均顆粒直徑約為3mm的氧化硅粉末和3.2mg環(huán)丁砜。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為300W，超聲處理時(shí)間為25分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)納米碳管的純化和剪切步驟和條件中，除用氫氟酸腐蝕氧化硅和催化劑顆粒外，其它均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(5)配制納米碳管甲醇懸浮液量取100mL異丙醇，加入2.5mg用步驟(3)和(4)制備的高純納米碳管和10mgAlCl3；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(6)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為鍍Nb的鋁纖維編織布，正極為不銹鋼片，兩個(gè)電極的間距為6cm，電壓為300V，電泳時(shí)間為8分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鍍Nb的鋁纖維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例13本實(shí)施例采用銅纖維編織繩作為襯底，纖維編織繩的長(zhǎng)度為10cm，纖維直徑為10μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)Fe膜用電子束蒸發(fā)法在上述銅纖維編織繩上蒸鍍厚為50nm的Fe膜，用以增強(qiáng)納米碳管與銅纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL二甲基甲酰胺，加入7.4mg二茂鐵、1g平均顆粒直徑約為3mm的氧化鋁粉和4.1mg磷酸三乙酯。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為30kHz、超聲功率為800W，超聲處理時(shí)間為10分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)納米碳管的純化和剪切步驟和條件均與實(shí)施例4相同。
(5)配制納米碳管水浮液量取100mL去離子水，加入0.05mg用步驟(3)和(4)制備的高純納米碳管和0.5mg Mg(NO3)2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶負(fù)電荷。
(6)納米碳管電泳沉積(參見圖3)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中正極是半徑為3cm的金屬(不銹鋼)圓筒，作為負(fù)極的鍍Fe的銅纖維編織繩位于圓筒型正極的軸線位置，極間電壓為150V，電泳時(shí)間為5分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鍍Fe的銅纖維編織繩上，得到性能優(yōu)良的線型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
實(shí)施例14
本實(shí)施例采用銅纖維編織布作為襯底，銅纖維編織布的面積為2×2cm2，纖維直徑為20μm，在該襯底上制作納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的步驟如下(1)電子束蒸發(fā)W膜用電子束蒸發(fā)法在上述銅纖維編織布上蒸鍍厚為10nm的W膜，用以增強(qiáng)納米碳管與銅纖維襯底間的結(jié)合力。
(2)納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的配制量取50mL癸烷，加入85mg酞菁鈷、0.5g平均顆粒直徑約為2mm的氧化鋁粉末和0.27mg噻吩。
(3)納米碳管聲化學(xué)合成(參見圖1)將盛有上述有機(jī)生長(zhǎng)液的燒杯放入冰浴中，然后插入超聲探頭進(jìn)行超聲處理—超聲頻率為20kHz、超聲功率為300W，超聲處理時(shí)間為30分鐘；在超聲處理后，對(duì)有機(jī)溶液進(jìn)行離心分離和過濾處理，得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物。
(4)納米碳管的純化和剪切步驟和條件均與實(shí)施例4的步驟4相同。
(5)配制納米碳管乙醇懸浮液量取100mL乙醇，加入0.25mg用步驟(3)和(4)制備的高純納米碳管和1.5mgMgCl2；因此，在所配制的懸浮液中納米碳管帶正電荷。
(6)納米碳管電泳沉積(參見圖2)在配制好的納米碳管懸浮液中，插入兩個(gè)電極，其中負(fù)極為鍍Fe的銅纖維編織布，正極為不銹鋼片，兩個(gè)電極的間距為7cm，電壓為400V，電泳時(shí)間為9分鐘。在上述電泳沉積條件下，納米碳管通過電泳過程牢固地沉積在鍍Fe的銅纖維編織布上，得到性能優(yōu)良的平面型納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
權(quán)利要求
1.一種納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，由襯底和在襯底上沉積的作為電子場(chǎng)發(fā)射源的納米碳管膜組成，其特征在于，所述的襯底是導(dǎo)電纖維編織物，所述的編織物包括編織繩或編織布，該編織物的纖維直徑范圍為1～20μm。
2.按權(quán)利要求1所述的納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，其特征在于，所述導(dǎo)電纖維編織物的導(dǎo)電纖維，包括碳纖維和鐵、鎳、鋁、銅纖維或它們的合金纖維，所述鐵合金纖維為Fe-Al-Cr合金纖維或不銹鋼纖維。
3.一種制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，包括以下步驟(a)配制納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液有機(jī)生長(zhǎng)液由有機(jī)溶劑、有機(jī)過渡族金屬化合物和載體顆粒組成；生長(zhǎng)液中過渡族金屬元素的摩爾濃度為2×10-4mol/L～2×10-2mol/L，載體顆粒物的加入量為10～100g/L；(b)納米碳管的聲化學(xué)生長(zhǎng)在常溫和常壓條件下，對(duì)步驟(a)配制的有機(jī)生長(zhǎng)液進(jìn)行超聲處理，使有機(jī)生長(zhǎng)液發(fā)生聲化學(xué)反應(yīng)，將超聲處理后的有機(jī)生長(zhǎng)液進(jìn)行離心分離和過濾，從而得到含有納米碳管的固態(tài)產(chǎn)物；(c)配制納米碳管懸浮液懸浮液由水或有機(jī)溶劑、用聲化學(xué)法合成的納米碳管和“荷電體”組成；納米碳管的含量范圍為1～1000mg/L，“荷電體”包括MgCl2、Mg(NO3)2、AlCl3或NaOH，在懸浮液中“荷電體”的濃度范圍為0.01～1g/L；(d)納米碳管的電泳沉積在盛有納米碳管懸浮液的容器內(nèi)插入兩個(gè)電極，其中一個(gè)電極為導(dǎo)電纖維編織物，它的極性與納米碳管所攜帶電荷極性相反，兩個(gè)電極之間的距離為1～15cm，電壓為1～1,000V，電泳時(shí)間為0.5～10分鐘，在外電場(chǎng)作用下納米碳管通過電泳過程沉積到導(dǎo)電纖維編織物上，形成納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。
4.按權(quán)利要求3所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源方法，其特征在于，在所述的納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液中，還可加入包含非金屬元素S、P或B的表面活性劑；所述的表面活性劑包括噻吩、環(huán)丁砜、磷酸三乙酯、二苯基丙烯基硼烷或三苯基硼；溶液中表面活性劑的摩爾濃度為2×10-5mol/L～2×10-3mol/L。
5.按權(quán)利要求3所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源方法，其特征在于，在所述的電泳沉積步驟(d)中，當(dāng)導(dǎo)電纖維編織物為碳、鋁或銅纖維編織物時(shí)，為提高電泳沉積層與襯底的粘接力，需在上述碳、鋁或銅纖維編織物上先沉積厚度約1-50nm的碳化物形成元素Fe、Ti、Zr、V、Nb、Mo或W膜。
6.按權(quán)利要求3所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，其特征在于，在配制納米碳管懸浮液之前，采用純化和剪切步驟去除步驟(b)所得固態(tài)產(chǎn)物中的雜質(zhì)，獲得長(zhǎng)度可控且相對(duì)均勻的高純納米碳管，從而有利于提高復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的場(chǎng)發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性，所述的純化和剪切步驟如下(1)利用表面活性超聲分散技術(shù)，使含碳雜質(zhì)從納米碳管表面上剝離；(2)采用鹽酸、硫酸或硝酸去除氧化鋁、氧化鎂和催化劑顆粒；采用氫氟酸去除氧化硅和催化劑顆粒；(3)采用選擇性氧化處理工藝，包括稀酸回流法和空氣氧化法，去除產(chǎn)物中的含碳雜質(zhì)，獲得高純納米碳管；(4)通過在酸性溶液中的超聲化學(xué)刻蝕過程，對(duì)納米碳管進(jìn)行剪切，控制納米碳管的長(zhǎng)度及其均勻性。
7.按權(quán)利要求3、4、5或6中任一權(quán)利要求所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，其特征在于，配制所述納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的有機(jī)溶劑，包括對(duì)二甲苯、癸烷、萘烷或二甲基甲酰胺。
8.按權(quán)利要求3、4、5或6中任一權(quán)利要求所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，其特征在于，所述有機(jī)過渡族金屬化合物包含過渡族金屬元素Fe、Ni、Co或Mo；有機(jī)過渡族金屬化合物包括二茂鐵、五羰基鐵、四羰基鎳、酞菁鈷、六羰基鉬，它們能溶解于用于配制納米碳管有機(jī)生長(zhǎng)液的有機(jī)溶劑中。
9.按權(quán)利要求3、4、5或6中任一權(quán)利要求所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，其特征在于，所述載體顆粒包括具有化學(xué)惰性的氧化硅、氧化鋁或氧化鎂粉末，粉末顆粒直徑為0.5～5mm。
10.按權(quán)利要求3、4、5或6中任一權(quán)利要求所述的制備納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的方法，其特征在于，對(duì)有機(jī)生長(zhǎng)液進(jìn)行超聲處理的超聲源的工作頻率為15～32KHz，功率為100～2000W，超聲處理的時(shí)間為5～40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源，包括在襯底上生長(zhǎng)作為電子場(chǎng)發(fā)射源的納米碳管膜，所述的襯底是導(dǎo)電纖維編織繩或編織布，該編織物的纖維直徑范圍為1～20μm。該復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源的制備方法如下在常溫和常壓條件下利用聲化學(xué)方法制備納米碳管，采用離心分離和過濾、表面活性超聲分散、化學(xué)腐蝕、選擇性氧化和超聲刻蝕等方法對(duì)納米碳管進(jìn)行純化和剪切，通過電泳沉積法將經(jīng)純化和剪切后的納米碳管牢固地沉積在導(dǎo)電纖維編織繩或編織布上，形成納米碳管復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源。本發(fā)明的復(fù)合場(chǎng)發(fā)射源具有極高的場(chǎng)增強(qiáng)因子，可降低場(chǎng)發(fā)射器件的工作電壓和能耗。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/00GK101047086SQ20061006630
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者馮孫齊 申請(qǐng)人:北京漢納源納米科技有限公司