專利名稱：氧化鐵納米線的制備方法及應用的制作方法
氧化鐵納米線的制備方法及應用
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料的制備及應用技術，特別是涉及一種氧化鐵納米線的制備方法及應用。
背景技術：
開發(fā)新型高光效、環(huán)保、長壽命、節(jié)能的光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，是目前各國競相研究的熱點。新型場發(fā)射光源又稱冷陰極光源，具有環(huán)保、節(jié)能、輕薄等優(yōu)點，可廣泛應用于各個照明領域，具有巨大的潛力。場致電子發(fā)射的冷陰極發(fā)展經歷了從微尖錐、寬帶隙薄膜到準一維納米材料三個階段的歷程。微尖錐冷陰極由于開啟電場高以及機械性能和物理化學性質的不穩(wěn)定，如易氧化、受等離子轟擊而受損等導致其發(fā)射穩(wěn)定性不高。工作壽命短以及制作成本高，制約了該類型冷陰極在真空電子源器件中的應用。隨后發(fā)現(xiàn)了具有優(yōu)異場發(fā)射特性的新型寬帶隙薄膜冷陰極材料，它主要包括金剛石及其相關的薄膜。它們具有低表面電子親和勢、高熱導率和穩(wěn)定的物理化學特性，還有獨特的超高硬度、容易實現(xiàn)大面積制備等優(yōu)點，有利于其在場致電子發(fā)射顯示器中的應用。然而，薄膜冷陰極大面積均勻制備困難、開啟電場高等缺點制約這它面向使用化的進程。與薄膜冷陰極同時發(fā)展起來的準一維納米冷陰極材料，以其獨特的幾何結構、穩(wěn)定的物理化學特性及優(yōu)異的場致電子發(fā)射特性，成為當前場致電子發(fā)射研究領域的熱點。碳納米管作為典型的準一維結構，廣泛應用于場致電子發(fā)射的冷陰極。碳納米管具有穩(wěn)定的物理化學性質、優(yōu)異的電流場發(fā)射特性和承載超大發(fā)射電流密度的能力，它的尖端具有高達IO3 IO4倍電場增強效應。由于碳納米管生長溫度往往高于玻璃的軟化溫度，只能生長在耐高溫的襯底上且制作成本比較高，比較難以在玻璃襯底上大面積直接生長碳納米管。傳統(tǒng)的做法是采用首先生長碳納米管，然后采用絲網印刷技術把碳納米管印刷在玻璃襯底上來推廣其應用。但是，直接在玻璃襯底上印刷的碳納米管容易從襯底上脫落，并且發(fā)射不均勻又不穩(wěn)定。金屬顆?；蛘哐趸镱w粒作為填充物，能夠在一定程度上解決與襯底的附著力問題，但發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性的問題比較難以克服。氧化鐵納米線作為一種新型的冷陰極材料不僅具有良好的場發(fā)射等性能，還可以在低溫下生長。傳統(tǒng)的方法較多采用在鐵片上或沉積鐵薄膜的方式生長氧化鐵納米線，而沉積薄膜比較難以實現(xiàn)鍍膜一致性，鐵又具有磁性，因此在鍍膜時有需要特殊的鍍膜設備進行鍍膜，增加了設備的成本。

發(fā)明內容基于此，有必要提供了一種能夠低成本生產氧化鐵納米線的制備方法。一種氧化鐵納米線的制備方法，包括如下步驟將鐵顆粒與有機載體混合，得到混合漿料；提供具有導電層的襯底，將上述混合漿料通過絲網印刷技術印刷在導電層上，得到印有混合漿料層的樣品；將得到的樣品在含氧氛圍中燒結，冷卻后得到所述氧化鐵納米線。優(yōu)選的，鐵顆粒的粒徑大小為IOOnm 300 μ m。優(yōu)選的，有機載體為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯中的一種或幾種。更優(yōu)選的，有機載體為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯四種形成的混合物。優(yōu)選的，鐵顆粒與所述有機載體滿足質量比1 6 3 2。優(yōu)選的，所述絲網印刷步驟中，還包括如下步驟清洗、干燥所述襯底；采用絲網印刷或磁控濺射鍍膜技術，在所述襯底的一個表面制備一層導電層。優(yōu)選的，導電層厚度為20nm 200 μ m。優(yōu)選的，襯底材質為玻璃、陶瓷、硅片或金屬；導電層材質為金屬或導電的金屬氧化物。優(yōu)選的，混合漿料層厚度為4 500 μ m。優(yōu)選的，燒結溫度為250 550°C，燒結時間為15分鐘 M小時，印有混合漿料層的樣品在含氧氛圍中燒結時的升溫速率為12°C /min 18°C /min。 一種真空電子源陣列，采用了上述制備方法制得的氧化鐵納米線。通過絲網印刷技術和加熱通過絲網印刷技術印刷的鐵顆粒的方法生產氧化鐵納米線，工藝簡單，不需要特殊的鍍膜設備，生產成本低。

圖1為一實施例的氧化鐵納米線制備方法的流程圖；圖2為一實施例的場發(fā)射平板顯示器件的二級結構的結構示意圖，該二級結構采用圖1所示方法制備的氧化鐵納米線。
具體實施方式
下面結合附圖詳細介紹上述氧化鐵納米線的制備方法。如圖1所示的一種氧化鐵納米線的制備方法，步驟如下(a)、通過薄膜制備技術，在潔凈的玻璃襯底1上制備一層導電薄膜2。(b)、把按照需求設計的網板3安裝到絲網印刷機上。(c)、稱取粒徑為IOOnm 300 μ m的鐵顆粒，將鐵顆粒和有機載體充分混合形成混合漿料4，調節(jié)刮刀5的角度和力度，然后將混合漿料4倒在網板3上用刮刀將混合漿料均勻刮進網板3的小孔中。(d)、取下網板3，得到在襯底上制備有一定形狀混合漿料4的樣品。(e)、將(d)中得到的樣品在空氣、氧氣等任意的含氧氣氛下進行熱氧化，最后自然降溫，鐵顆粒形成氧化鐵膜6，并在氧化鐵膜6的表面直接生長出氧化鐵納米線7。步驟(a)中導電層2可以是鉻、鋁、導電銀漿等金屬，也可以是氧化銦錫(ITO)等金屬氧化物；導電層2厚度為20nm 200 μ m，形成的導電層可以是整片的，也可以是條狀結構的。
優(yōu)選的，導電層為復合導電層。復合導電層可以是不同材料的透明導電層之間的復合，也可以是不同材料的非透明導電層之間的復合，或者透明與非透明之間的復合，具有防止氧化、提高與襯底的附著力、提高電極的導電特性等等優(yōu)點。在優(yōu)選的實施例中，具有導電層的襯底由如下方法得到采用絲網印刷的方法，在襯底上制備導電層；或采用磁控濺射鍍膜的方法，在襯底上制備導電層。這里采用玻璃作為襯底，也可以采用陶瓷、硅片或金屬等做為襯底。步驟(d)中，得到的具有一定形狀混合漿料4的樣品中，混合漿料4的厚度為 20nm 200 μ m。步驟(e)中熱氧化溫度為250 550°C，加熱時間為15分鐘 M小時。步驟(e)的熱氧化步驟中，混合漿料中的有機載體被完全氧化，因此制備的氧化鐵納米線中不含有機成分。優(yōu)選的，有機載體為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯中的一種或幾種。更優(yōu)選的，有機載體為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯四種形成的混合物。優(yōu)選的，鐵顆粒與所述有機載體滿足質量比1 6 3 2。采用該方法制備的氧化鐵納米線，解決了碳納米管場發(fā)射器件發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性的問題。通過絲網印刷技術和加熱通過絲網印刷技術印刷的鐵顆粒的方法生產氧化鐵納米線，工藝簡單，不需要特殊的鍍膜設備，生產成本低。這種氧化鐵納米線的制備方法實現(xiàn)了低溫下大面積均勻生長氧化鐵納米線，生長的氧化鐵納米線與襯底的附著力較好，并且減少了鍍膜的工藝流程，降低了制作成本，為解決場發(fā)射器件邁向商業(yè)化過程中遇到的瓶頸問題提供一個可行的方法。通過乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯中的一種或幾種混合形成的粘稠的有機載體，與鐵顆粒混合后調勻成具有良好粘接性的混合漿料，可以很好的被印刷在襯底的導電層上。有機載體中乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯都存在時，形成的混合漿料粘接性最強，并且可以很好的將鐵顆粒分散?；旌蠞{料與鐵粉滿足質量比為1 6 3 2時，鐵粉被充分分散，既利于后續(xù)熱處理過程中被充分氧化，也保證熱處理后有機載體可以被完全分解。鐵顆粒的粒徑大小為IOOnm 300 μ m,混合漿料4在導電層上的厚度為20nm 200 μ m,這樣的顆粒大小和厚度，使得鐵顆粒在含氧氛圍下可以被充分氧化。通過這種方法制備的氧化鐵納米線可以廣泛應用于真空電子源整列，如冷陰極光源、場發(fā)射平板顯示器件；還可以應用到太陽能電池器件等光電轉換領域。下面結合具體實施例對氧化鐵納米線的制備方法及應用進行進一步的說明；以下實施例中采用的有機載體為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯以固定質量比1 4 12 3混合配制而成。實施例1本實施例中給出了在鍍有厚度20納米的ITO玻璃襯底上生長氧化鐵納米線的過程。所用的玻璃規(guī)格40mmX50mmX3mm，在ITO玻璃上絲網印刷的圖形為25mmX25mm正方圖形。首先稱取有機載體10克，倒入50ml燒杯，再稱取粒徑為20微米、純度為99. 9% 的鐵顆粒4克。用攪拌器攪拌有機載體的同時，逐漸把鐵顆粒加入到有機載體中，攪拌M 時。然后將ITO玻璃依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。采用圖1的制備過程，在ITO玻璃上絲網印刷厚度為40微米的含有鐵顆粒的漿料。 將在ITO玻璃上制備的鐵顆粒陣列放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到360°C， 恒溫池，最后自然降溫，生長出氧化鐵納米線。實施例2本實施例中給出了在普通玻璃襯底上生長氧化鐵納米線的過程。所用的玻璃規(guī)格60mmX60mmXl. 1mm，在玻璃上絲網印刷的直徑為30mm圓形圖形。首先稱量配制的有機載體10克，倒入50ml燒杯，再稱取粒徑為100納米、純度為 99. 9%的鐵顆粒15克。用攪拌器攪拌有機載體的同時，逐漸把鐵顆粒加入到有機載體中， 攪拌M時。然后將玻璃依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。根據圖1的制備過程，首先采用磁控采濺射鍍膜機在玻璃襯底上沉積2微米厚的整片金屬鉻膜作為導電層。然后采用絲網印刷機在鉻金屬導電層上印刷厚度為20微米的含有鐵顆粒的漿料。將印刷的鐵顆粒陣列放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到 250°C，恒溫M小時，最后自然降溫，生長出氧化鐵納米線。實施例3本實施例中給出了在陶瓷片襯底上生長氧化鐵納米線的過程。所用的陶瓷片規(guī)格50mmX60mmXlmm，在陶瓷片上絲網印刷的圖形為25mmX40mm矩形圖形。首先稱量配制的有機載體12克，倒入50ml燒杯，再稱取粒徑為300微米、純度為 99. 9%的鐵顆粒2克。用攪拌器攪拌有機載體的同時，逐漸把鐵顆粒加入到有機載體中， 攪拌M時。然后將玻璃依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。根據圖1的制備過程，首先采用絲網印刷的方式在陶瓷片襯底上整片印刷厚為 200微米的導電銀漿作為導電層。然后再采用絲網印刷機在導電層上印刷厚度為500微米的含有鐵顆粒的漿料。將印刷的鐵顆粒陣列放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到 550°C，恒溫4小時，最后自然降溫，生長出氧化鐵納米線。實施例4如圖2所示的二級結構的場發(fā)射器件，采用了定域生長的氧化鐵納米線電子源陣列，包括襯底8、陰極9、隔離體10、陽極11、氧化鐵納米線12和熒光粉13。陰極9位于襯底 8—個表面上，氧化鐵納米線12采用上述制備方法在陰極9上制得；陽極11與隔離體10接觸，隔離體10與陰極9接觸，陰極9、隔離體10、陽極11三者形成一個空腔，且陽極9與陰極11不直接接觸，熒光粉13涂敷在陽極11位于空腔內的表面上。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種氧化鐵納米線的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 將鐵顆粒與有機載體混合，得到混合漿料；提供具有導電層的襯底，將上述混合漿料通過絲網印刷技術印刷在導電層上，得到印有混合漿料層的樣品；將得到的樣品在含氧氛圍中燒結，冷卻后得到所述氧化鐵納米線。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鐵顆粒的粒徑大小為IOOnm 300 μ HIo
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機載體為乙基纖維素、松油醇、 二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯中的一種或幾種。
4.如權利要求1 3中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述鐵顆粒與所述有機載體滿足質量比為1 6 3 2。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述絲網印刷步驟中，還包括如下步驟清洗、干燥所述襯底；采用絲網印刷或磁控濺射鍍膜技術，在所述襯底的一個表面制備一層導電層。
6.如權利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，所述導電層厚度為20nm 200μ m。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底材質為玻璃、陶瓷、硅片或金屬；所述導電層材質為金屬或導電的金屬氧化物。
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合漿料層厚度為4 500μ m。
9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燒結溫度為250 550°C，燒結時間為15分鐘 M小時；所述印有混合漿料層的樣品在含氧氛圍中燒結時的升溫速率為12°C /min 18°C /min0
10.一種真空電子源陣列，其特征在于，所述真空電子源整列采用了如權利要求1所述的制備方法制得的氧化鐵納米線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化鐵納米線的制備方法，通過將鐵顆粒與有機載體混合，得到混合漿料；提供具有導電層的襯底，將上述混合漿料印刷在導電層上，得到印有混合漿料層的樣品；最后將印有混合漿料層的樣品在含氧氛圍中燒結，徹底分解有機載體，冷卻后得到所述氧化鐵納米線。這種氧化鐵納米線的制備方法工藝簡單，不需要特殊的鍍膜設備，生產成本低。通過這種方法制備的氧化鐵納米線可以廣泛應用于真空電子源整列，如冷陰極光源、場發(fā)射平板顯示器件；還可以應用到太陽能電池器件等光電轉換領域。
文檔編號H01J1/304GK102336443SQ201010228168
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月15日
發(fā)明者周明杰, 邵鵬睿, 馬文波 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司