專利名稱：利用碳納米管陣列來制造場致發(fā)射電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造場致發(fā)射電極的方法，其中碳納米管(CNTs)按照產(chǎn)生電磁場的方向排列。更具體的，本發(fā)明涉及一種制造包括按照產(chǎn)生電磁場方向排列碳納米管(CNTs)的場致發(fā)射電極的方法，該方法包括以下步驟，在固定到電磁場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在溶劑中稀釋的碳納管(CNT)溶液進(jìn)行分散，并對(duì)按照電磁場發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場方向排列的碳納米管進(jìn)行固定。
背景技術(shù)：
通常，場致發(fā)射裝置是一種光源，其基于真空中的電子發(fā)射，并涉及一種利用被強(qiáng)電場加速的微粒去撞擊熒光材料使其發(fā)射出電子的原理來發(fā)光的元素。上述場致發(fā)射裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)，例如極高的光發(fā)射效率，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)的能力，與常規(guī)照明光源例如白熾燈泡相比體積小，并且因不像熒光燈那樣使用重金屬所以對(duì)環(huán)境無害。因而，已將其認(rèn)為是下一代的光源，在各種照明領(lǐng)域和顯示裝置中使用。
場致發(fā)射裝置的性能很大程度上依賴于發(fā)射電極發(fā)射電場的能力。近年來，已將碳納米管(CNTs)廣泛用作發(fā)射器電極中的電子發(fā)射材料，其具有極好的電子發(fā)射特性。
碳納米管是一種碳的同素異形體，由地球中大量存在的碳組成。它們是管狀材料，其中碳原子以六邊形蜂巢結(jié)構(gòu)形式與其他碳結(jié)合。它們的直徑大約為納米尺寸(1/109米)，并且他們的長度為幾百納米到幾微米。與其他材料相比碳納米管具有較大的長寬比。已知碳納米管具有極好的機(jī)械性能和電選擇性，并特別的，由于較大的長寬比而具有極好的電磁場發(fā)生性能。
已經(jīng)介紹了由于碳納米管極好的場發(fā)射特性而將其用作為場發(fā)射顯示器的陽極材料。在先前的文件中(Kim，J.M.等人，Applied PhysicsLetters，75(20)3129，1999)，利用機(jī)械摩擦將碳納米管與聚合絡(luò)合物以特定方向排列，并測量所合成碳納米管的場發(fā)射特性。然而，在這個(gè)情況中，存在嚴(yán)重地缺陷，即必須在制造處理過程中燃制已混合的聚合物，并且還存在一個(gè)問題，即很難在大區(qū)域中按照產(chǎn)生的電磁場方向排列碳納米管。
并且，已提出這樣一種方法，在高溫下直接制備碳納米管以便按照特定方向排列碳納米管(Wong C.P.，等人，Carbon，44253，2006)。然而，因其具有嚴(yán)重缺陷而并不能實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)樵陲@示裝置中作為陽極板的氧化銦錫(ITO)玻璃不能抗高溫。
試圖解決上述問題而提出一種用于制造場致發(fā)射電極的方法，其包括將碳納米管附著在基板上，在該基板上涂敷導(dǎo)電聚合物，并按照特定方向排列碳納米管(韓國專利公開號(hào)NO.2006-0024725)。然而，該方法也未能在大區(qū)域中以高密度按照產(chǎn)生電磁場方向排列碳納米管，并且不能克服在制造處理期間必須燃制聚合物的缺陷。
由此，迫切需要研發(fā)出一種用于制造場致發(fā)射電極的方法，其利用簡單的過程，在大區(qū)域中以高密度在沿著產(chǎn)生電磁場方向的特定方向排列碳納米管。
因此，本發(fā)明者盡其努力來解決現(xiàn)有按照特定方向排列碳納米管的方法中所存在的問題。結(jié)果，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，將碳納管排列在固定到電磁場發(fā)生器上部上的基板上，然后利用金屬來固定時(shí)，有可能制造出場致發(fā)射電極，其包括在大區(qū)域中以高密度排列的碳納米管，由此完成本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的是提供一種具有極好場發(fā)射特性的場致發(fā)射電極，其中把在大區(qū)域中以高密度排列的碳納米管用金屬固定到基板上，以及其制造場致發(fā)射電極的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于制造場致發(fā)射電極的方法，其中包含有按照磁場方向排列的碳納米管，該方法包括以下步驟(a)在固定到磁場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管溶液或結(jié)合了磁性粒子的碳納米管溶液進(jìn)行分散；(b)在磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場中，通過從已分散到基板上的溶液中蒸發(fā)掉有機(jī)溶劑，在基板上按照所產(chǎn)生的磁場方向排列碳納米管和(c)在基板上沉積金屬，使得即使在零磁場條件下，按照產(chǎn)生的磁場方向排列的碳納米管可以在其排列方向上固定。
在本發(fā)明中，所產(chǎn)生的磁場方向優(yōu)選是與基板呈垂直，水平，或垂直與水平間形成的任意角度，并且優(yōu)選地，通過利用物理-化學(xué)方法將磁性粒子結(jié)合到碳納米管上來獲得結(jié)合了磁性粒子的碳納米管。并且，在用酸處理碳納米管的方法、使磁性粒子被還原反應(yīng)的方法、和在碳納米管上鍍磁性粒子的方法中，最好是選擇物理-化學(xué)方法。
在本發(fā)明中，步驟(a)中的磁場發(fā)生器優(yōu)選的是磁鐵，磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場大小優(yōu)選為0.005-10特斯拉(T)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的磁性粒子是含鐵(Fe)的粒子。含鐵(Fe)粒子優(yōu)選的是從由氯化鐵(FeCl3)，氧化亞鐵(FeO)，氧化鐵(Fe2O3)和四氧化三鐵(Fe3O4)所組成的組中選定。
另一方面，本發(fā)明提供一種根據(jù)所述方法制造的場致發(fā)射電極，其中在沉積有金屬的基板上，結(jié)合了磁性粒子的碳納米管以磁場方向排列。
又一方面，本發(fā)明提供一種制造場致發(fā)射電極的方法，其包含按照電場方向排列的碳納米管，該方法包括以下步驟(a)在固定到電場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管溶液或結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的溶液進(jìn)行分散；(b)在電場發(fā)生器所產(chǎn)生的電場中，通過從已分散到基板上的溶液中蒸發(fā)掉有機(jī)溶劑，在基板上按照所產(chǎn)生的電場方向排列碳納米管；和(c)在基板上沉積金屬，使得即使在零電場條件下，按照產(chǎn)生的電場方向排列的碳納米管可以在其排列方向上固定。
在本發(fā)明中，所產(chǎn)生的電場方向優(yōu)選是與基板呈垂直，水平，或垂直與水平間形成的任意角度，而且步驟(a)中的電場發(fā)生器為電場。并電場的大小優(yōu)選為1-500V/μm。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的，步驟(a)另外包括添加分散劑。該分散劑從由有機(jī)溶劑四辛基溴化銨(TOAB)，表面活性劑曲拉通X-100(TritonX-100)，十二烷基硫酸鈉(SDS)，十二烷基苯磺酸鈉(NADDBS)和聚乙烯[2-(2‘-乙基己氧基)-5-(苯乙炔基)-1，4-亞苯基1，2-亞乙烯基](PAPPV，poly[2-(2‘-ethylhexyloxy)-5-(phenylethynyl)-1，4-phenylenevinylene])所組成的組中選定。
在本發(fā)明中，在固定到電場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管溶液進(jìn)行分散的步驟(a)中，優(yōu)選的利用從旋涂方法，噴射方法，浸漬涂布方法，和噴墨方法所組成的組中選定的方法來實(shí)現(xiàn)。并且，優(yōu)選的重復(fù)步驟(a)和(b)1-1000次來提高碳納米管的密度。此外，碳納米管優(yōu)選為單層、雙層或多層碳納米管。
在本發(fā)明中，步驟(a)中的溶劑優(yōu)選地從由水(H2O)，二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，環(huán)己酮，乙醇，三氯甲烷，二氯甲烷，1，2-二氯苯和乙醚所組成的組中選定。步驟(a)中的基板優(yōu)選地從由氧化銦錫(ITO)玻璃，玻璃，石英，玻璃晶片，硅晶片，應(yīng)用硅，塑料和透明的聚合物所組成的組中選定。步驟(b)中的溶劑優(yōu)選地通過將溶液加熱到20-300℃的溫度來去除。此外，在上述有機(jī)溶劑中，三氯甲烷，二氯甲烷，二乙醚和類似物具有良好的揮發(fā)性，從而即使在室溫中也可將它們?nèi)コ?br> 在本發(fā)明中，在對(duì)碳納米管進(jìn)行分散的步驟(a)中，碳納米管的濃度優(yōu)選為0.001-1.0wt％，且步驟(a)中已分散在基板上的碳納米管數(shù)量為1pg/cm2-1g/cm2(每單位面積中的碳納米管數(shù)量)。
在本發(fā)明中，步驟(c)中的金屬優(yōu)選地沉積成厚度為1-5000nm。并且步驟(c)中的金屬優(yōu)選地從由鈦(Ti)，鉬(Mo)，金(Au)，銀(Ag)，鋁(Al)，鈣(Ca)，鎘(Cd)，鐵(Fe)，鎳(Ni)，鉑(Pt)，鋅(Zn)和銅(Cu)所組成的組中選定。
又一方面，本發(fā)明提供一種根據(jù)所述方法所制造的場致發(fā)射電極，其中在其上沉積有金屬的基板上以產(chǎn)生電場方向排列碳納米管。
通過以下的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求將更為清楚地理解本發(fā)明的上述及其他目的，特征以及實(shí)施例。


圖1表示通過應(yīng)用磁場排列的碳納米管的示意圖。
圖2表示碳納米管凈化之前和之后的透射電鏡(TEM)照片(左側(cè)50,000倍放大倍率；右側(cè)100,000倍放大倍率)，其中圖2(a)表示在凈化前含有雜質(zhì)的碳納米管，圖2(b)表示凈化后純凈的碳納米管。
圖3表示磁性粒子結(jié)合到碳納米管上的透射電鏡(TEM)照片(左側(cè)50,000倍放大倍率；右側(cè)100,000倍放大倍率)。
圖4表示從圖1(d)上清除掉磁體后的基板，并且表示按照所產(chǎn)生的磁場方向排列的碳納米管的掃描電鏡(SEM)照片(上側(cè)50,000倍放大倍率；下側(cè)25,000倍放大倍率)，其中圖4(a)表示以80°角度傾斜的基板，圖4(b)表示以45°角度傾斜的基板。
圖5根據(jù)本發(fā)明按照產(chǎn)生磁場方向排列的碳納米管照片。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明按照所產(chǎn)生的電場方向排列的碳納米管場致發(fā)射特性的圖表。
具體實(shí)施例方式
碳納米管具有特有的電磁特性，當(dāng)結(jié)合了磁性粒子的碳納米管固定到基板上時(shí)，該基板上具有流過其上的電場或磁場，可制造出具有更優(yōu)良場致發(fā)射特性的場致發(fā)射電極。
一方面，本發(fā)明涉及一種用于制造場致發(fā)射電極的方法，其中按照所產(chǎn)生的磁場或電場方向排列碳納米管(CNTs)。
在本發(fā)明中，根據(jù)圖1所示的方法制造場致發(fā)射電極，其中具有磁性粒子結(jié)合到其上的碳納米管，按照所產(chǎn)生的磁場或電場方向排列。具體的，如圖1a所示，首先準(zhǔn)備好在本發(fā)明中將要使用的環(huán)形磁鐵，磁場強(qiáng)度為1000高斯(G)。之后，將其上排列有碳納米管的氧化銦錫(ITO)玻璃用碳粘合劑(參見圖1b)連接到磁鐵上。然后，將具有磁性粒子結(jié)合到其上的碳納米管分散體滴落在氧化銦錫玻璃上(參見圖1c)。此后，在玻璃上沉積金屬，從而按照所產(chǎn)生的磁場或電場的方向排列并固定碳納米管(參見圖1d)。
在五個(gè)獨(dú)立步驟中將進(jìn)一步詳細(xì)描述用于制造場致發(fā)射電極的方法。
步驟1制備碳納米管在本發(fā)明中使用的碳納米管并不受特別限制，并且可從市場購買到或可根據(jù)任何常規(guī)方法制備出。為了本發(fā)明的使用，碳納米管應(yīng)具有清潔的表面并且不包含金屬催化劑。而且，本發(fā)明中所使用的碳納米管優(yōu)選的是單層，雙層或多層碳納米管，并且可根據(jù)Hipco(高壓一氧化碳裂解法)制備。
步驟2將磁性粒子結(jié)合到碳納米管上為了將磁性粒子結(jié)合到步驟1中所制備的碳納米管上，將氯化鐵(FeCl3)，氧化亞鐵(FeO)，氧化鐵(Fe2O3)和四氧化三鐵(Fe3O4)添加到乙醇，蒸餾水和己烷的混合物中，并加熱從而制備出油酸鐵絡(luò)合物。所制備的油酸鐵絡(luò)合物與油酸和二甲基甲酰胺(DMF)混合，并將步驟1中所制備的碳納米管添加到混合物中。包含有添加到其中的碳納米管的混合物完全溶解在1-十八碳烯中，并再對(duì)其加熱，從而從該混合物中蒸發(fā)掉溶劑。用乙醇將剩余材料洗滌3-4遍，由此制備具有磁性粒子結(jié)合到其上的碳納米管。
步驟3在基板上分散結(jié)合了磁性粒子的碳納米管將步驟2中所制備出的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管至少在一種溶劑中稀釋，該溶劑從由二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，環(huán)己酮，乙醇，三氯甲烷，二氯甲烷，1，2-二氯苯和乙醚所組成的組中選定，其濃度為0.001-1.0wt％。之后，將結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的分散體滴到氧化銦錫(ITO)玻璃基板上，該氧化銦錫(ITO)玻璃基板固定到具有磁場的磁鐵上部，并且可蒸發(fā)該溶劑。
步驟4提高基板上結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的密度在步驟3中制備的氧化銦錫(ITO)玻璃基板上，完全蒸發(fā)溶劑，添加1-2滴已在溶劑中稀釋的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的分散體，然后可在高溫條件下將該溶劑蒸發(fā)。為了提高結(jié)合了的磁性粒子碳納米管的密度，可重復(fù)上述步驟5-20次，通過這么做，根據(jù)上述方法制備的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管按照磁鐵所產(chǎn)生的磁場方向排列。
步驟5將結(jié)合了磁性粒子的碳納米管固定到基板上為了即使在零磁場條件下仍能使步驟4中的按照磁場方向排列的碳納米管在其排列方向上固定，將從由鈦(Ti)，鉬(Mo)，金(Au)，鋁(Al)，鈣(Ca)，鎘(Cd)，鐵(Fe)，鎳(Ni)，鉑(Pt)，鋅(Zn)和銅(Cu)所組成的組中選出的一種金屬沉積在基板上，由此制造出純凈的場致發(fā)射電極。
另一方面，本發(fā)明涉及一種用于制造場致發(fā)射電極的方法，在其中按照所產(chǎn)生的電場方向排列碳納米管(CNTs)。
在上述描述中，僅詳細(xì)描述了包含有將磁鐵作為電磁場發(fā)生器并通過將磁性粒子結(jié)合到其上來排列碳納米管的方法。然而，通過前面的描述，電場發(fā)生器是電場，并且通過將表面活性劑添加到碳納米管溶液中以在基板上排列碳納米管來制造場致發(fā)射電極，或通過在固定到電磁場發(fā)生器上的基板上排列純凈的碳納米管來制造場致發(fā)射電極，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。具體的，可通過以下步驟制造出按照所產(chǎn)生的電場方向排列的場致發(fā)射電極(a)在固定到電場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管溶液進(jìn)行分散；(b)在電場發(fā)生器所產(chǎn)生的電場中，通過從已分散到基板上的溶液中蒸發(fā)掉有機(jī)溶劑，在基板上按照所產(chǎn)生的電場方向排列碳納米管；和(c)為了即使在零電場條件下仍能使按照產(chǎn)生電場方向排列的碳納米管在其排列方向中固定，在基板上沉積金屬。
根據(jù)本發(fā)明，可制造出場致發(fā)射電極，在其中按照所產(chǎn)生的電磁場方向，與基板呈垂直，水平，或垂直與水平間形成的任意角度排列碳納米管(CNTs)。并且，可利用在大區(qū)域中按照所產(chǎn)生電磁場方向以高密度排列特有的場致發(fā)射性能的碳納米管，來制造具有極大改進(jìn)了場致發(fā)射效果的場致發(fā)射電極。根據(jù)本發(fā)明方法制造出的場致發(fā)射電極可作為顯示器的場致發(fā)射電極，并且也可利用場致發(fā)射現(xiàn)象，在掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)中應(yīng)用。
實(shí)施例以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。然而，可以理解的是，可將這些實(shí)施例修改為其他各種形式，而且本發(fā)明的范圍并不受這些實(shí)施例的限制。給出實(shí)施例是為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員更為全面地描述本發(fā)明。
實(shí)施例1制備碳納米管在365℃的熔爐中放置500mg的碳納米管，其中將它們進(jìn)行90分鐘的熱處理，同時(shí)將0.1SLM(每分鐘的標(biāo)準(zhǔn)公升)的空氣注入到熔爐中。將已熱處理過的碳納米管添加到500ml的鹽酸中，進(jìn)行1個(gè)小時(shí)的超聲處理，并通過1個(gè)過濾器對(duì)其進(jìn)行過濾。之后，將已過濾的碳納米管添加到500ml的鹽酸中，進(jìn)行1個(gè)小時(shí)的超聲處理，以及通過1個(gè)1-μm過濾器對(duì)其進(jìn)行過濾。重復(fù)鹽酸處理過程3-5次來凈化碳納米管。并且，用透射電鏡(TEM)照片顯示出在凈化處理之前和之后的碳納米管(參見圖2)。結(jié)果，如圖2中所示，在凈化前碳納米管含有雜質(zhì)(參見圖2a)，而在凈化之后它們不含有雜質(zhì)(參見圖2b)。將已凈化的碳納米管浸入到硫酸和過氧化氫的混合物(4∶1v/v)中，并攪拌9小時(shí)從而切割它們。之后，在蒸餾水中稀釋所得到的碳納米管，通過500-nm過濾器進(jìn)行過濾，并在120℃的烘箱中干燥至少12個(gè)小時(shí)。
實(shí)施例2將磁性粒子結(jié)合到碳納米管上將10.8g的氯化鐵(FeCl3·6H2O)和36.5g的油酸鈉(Cl8H33NaO2)添加到80ml乙醇、60ml蒸餾水和140ml己烷的混合物中，并在70℃的條件下加熱4小時(shí)，由此制備出油酸鐵絡(luò)合物。將12g的制備好的油酸鐵絡(luò)合物，2.83g的油酸和3ml二甲基甲酰胺(DMF)溶劑彼此混合，并在該混合物中分散150mg實(shí)施例1中所制備的碳納米管。
之后，在室溫下，在130ml的1-十八烯中完全溶解該混合物，并將混合物加熱到320℃的溫度，在那個(gè)溫度使其進(jìn)行30分鐘的反應(yīng)，之后冷卻到室溫。用乙醇對(duì)反應(yīng)材料進(jìn)行3-4次的洗滌，離心去除掉上清液，之后通過1-μm過濾器進(jìn)行過濾，由此提供有氧化鐵(Fe2O3)結(jié)合到其上的碳納米管。利用透射電鏡(TEM)照片觀測到所制備出的碳納米管(參見圖3)。結(jié)果，如圖3中所示，可以看到的是，碳納米管具有結(jié)合到其上的磁性粒子。
實(shí)施例3在基板上分散磁性粒子-碳納米管將實(shí)施例2中制備出的5mg磁性粒子-碳納米管在50ml的二甲基甲酰胺(DMF)中分散，然后在40ml的純凈二甲基甲酰胺(DMF)中稀釋10ml的分散體。
同時(shí)，將氧化銦錫(ITO)玻璃固定到具有1000高斯磁場強(qiáng)度的磁鐵上，并將其放置到120℃的烘箱內(nèi)。當(dāng)氧化銦錫(ITO)玻璃的溫度升高到120℃時(shí)，將1μl在二甲基甲酰胺中稀釋了的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的上述溶液滴在烘箱內(nèi)的氧化銦錫(ITO)玻璃上，并在120℃中保持10分鐘，使二甲基甲酰胺(DMF)蒸發(fā)掉。
實(shí)施例4提高基板上的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的密度將大約1μl已在二甲基甲酰胺中稀釋過的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管溶液進(jìn)一步滴在實(shí)施例3中制備的氧化銦錫(ITO)玻璃基板上，該玻璃基板上的二甲基甲酰胺(DMF)已被完全蒸發(fā)掉。之后，將裝有玻璃基板的烘箱在溫度120℃中保持10分鐘，從而蒸發(fā)掉二甲基甲酰胺(DMF)。為了提高基板上的結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的密度，重復(fù)這個(gè)步驟幾十次。
通過掃描電鏡(SEM)照片觀測根據(jù)上述方法制備的基板，結(jié)果，可以看到的是，結(jié)合了磁性粒子的碳納米管按照磁鐵所產(chǎn)生的磁場方向排列(參見圖4)。
實(shí)施例5在基板上固定結(jié)合了磁性粒子的碳納米管為了即使在零磁場條件下仍能按照所產(chǎn)生的磁場方向排列結(jié)合了磁性粒子的碳納米管，在室溫中，利用e射線沉積系統(tǒng)(MooHan有限公司，韓國)以0.5nm/sec的速度，在基板上沉積總高度為30nm和70nm的鈦(Ti)。在完成沉積之后，拆掉磁鐵，由此制造出純凈的場致發(fā)射電極(參見圖5)。如圖5所示，可以看到的是，在場致發(fā)射電極中的碳納米管按照所產(chǎn)生的磁場方向排列。
并且，為了檢測在制造的場致發(fā)射電極中碳納米管電極的場致發(fā)射特性，根據(jù)一個(gè)電場對(duì)碳納米管的電流密度進(jìn)行測量(參見圖6)。如圖6中所示，可以看到的是，根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射電極具有極好的場致發(fā)射特性。
工業(yè)應(yīng)用如前所述，根據(jù)本發(fā)明，可以簡單的步驟制造包括高密度和高性能的碳納米管(CNTs)按照所產(chǎn)生的電磁場方向中排列的場致發(fā)射電極。根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射電極可作為顯示器的場致發(fā)射電極，也可利用場致發(fā)射現(xiàn)象在掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)中應(yīng)用。
雖然參考具體說明的實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是并不受這些實(shí)施例的限制，而是通過所附加的權(quán)利要求來限制?？梢岳斫獾氖?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不超出本發(fā)明的范圍和精神的條件下可對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種制造場致發(fā)射電極的方法，該場致發(fā)射電極包括按照磁場方向排列的碳納米管，該方法包括以下步驟(a)在固定到磁場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管或結(jié)合了磁性粒子的碳納米管的溶液進(jìn)行分散；(b)在電場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場中，通過蒸發(fā)分散在基板上的溶液中有機(jī)溶劑，在基板上按照磁場方向排列碳納米管；和(c)在基板上沉積金屬，使得即使在零磁場條件下，按照產(chǎn)生的磁場方向排列的碳納米管可以在其排列方向上固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于所產(chǎn)生的磁場方向是與基板呈垂直，水平，或垂直與水平間形成的任意角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于利用物理-化學(xué)方法將磁性粒子結(jié)合到碳納米管上來獲得結(jié)合了磁性粒子的碳納米管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于物理-化學(xué)方法是從用酸處理碳納米管的方法、使磁性粒子被還原反應(yīng)的方法和在碳納米管上鍍磁性粒子的方法組成的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于磁性粒子是含鐵(Fe)粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場大小為0.005-10特斯拉(T)。
7.一種制造場致發(fā)射電極的方法，該場致發(fā)射電極包括按照電場方向排列的碳納米管，該方法包括以下步驟(a)在固定到電場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管溶液進(jìn)行分散；(b)在電場發(fā)生器所產(chǎn)生的電場中，通過蒸發(fā)分散在基板上的溶液中有機(jī)溶劑，在基板上按照電場方向排列碳納米管；和(c)在基板上沉積金屬，使得即使在零電場條件下，按照產(chǎn)生的電場方向排列的碳納米管可以在其排列方向上固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于所產(chǎn)生的電場方向與基板呈垂直，水平，或垂直與水平間形成的任意角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)中的電場發(fā)生器是電場。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于電場大小為0.1V/μm～500V/μm。
11.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)還包括添加分散劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于分散劑是從有機(jī)溶劑四辛基溴化銨(TOAB)，表面活性劑曲拉通X-100(Triton X-100)，十二烷基硫酸鈉(SDS)，十二烷基苯磺酸鈉(NADDBS)和PAPPV(聚乙烯[2-(2‘-乙基己氧基)-5-(苯乙炔基)-1，4-亞苯基1，2-亞乙烯基])所組成的組中選定。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于在固定到電場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋了的碳納米管溶液進(jìn)行分散的步驟(a)是，利用了從旋涂方法，噴射方法，浸漬涂布方法，和噴墨方法組成的組中選定的方法來實(shí)現(xiàn)該步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于重復(fù)步驟(a)和(b)1-1000次，從而提高碳納米管的密度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)中的溶劑是從水(H2O)，二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)，環(huán)己酮，乙醇，三氯甲烷，二氯甲烷，1，2-二氯苯和乙醚組成的組中選定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)中的基板是從氧化銦錫(ITO)玻璃，玻璃，石英，玻璃晶片，硅晶片，應(yīng)用硅，塑料和透明聚合物組成的組中選定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)中分散的碳納米管的碳納米管濃度為0.001-1.0wt％。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述中的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(b)中的溶劑通過將溶液加熱到20-300℃溫度來去除掉。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(a)中分散在基板上的碳納米管數(shù)量為1pg/cm2-1g/cm2(每單位面積中的碳納米管數(shù)量)
20.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(c)中的金屬沉積厚度為1-5000nm。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或7中所述的制造場致發(fā)射電極的方法，其特征在于步驟(c)中的金屬是從鈦(Ti)，鉬(Mo)，金(Au)，銀(Ag)，鋁(Al)，鈣(Ca)，鎘(Cd)，鐵(Fe)，鎳(Ni)，鉑(Pt)，鋅(Zn)和銅(Cu)組成的組中選定的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造場致發(fā)射電極的方法，其中碳納米管(CNTs)按照產(chǎn)生磁場的方向排列。具體的，該方法包括以下步驟在固定到電磁場發(fā)生器上部的基板上，對(duì)已在有機(jī)溶劑中稀釋的碳納米管(CNTs)溶液進(jìn)行分散，固定以電磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的電磁場方向排列的碳納米管。根據(jù)所公開的方法，通過簡單的過程制造出按照所產(chǎn)生的電磁場方向排列的高密度、高性能的碳納米管，并可應(yīng)用于場致發(fā)射顯示器(FED)的陽極材料，傳感器，電極，背光以及類似物。
文檔編號(hào)H01J9/02GK101079356SQ20071010376
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者鄭喜臺(tái), 尹相天, 高永觀 申請(qǐng)人:韓國科學(xué)技術(shù)院