場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，特別涉及一種基于碳納米管的場(chǎng)發(fā)射陰 極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 場(chǎng)電子發(fā)射因?yàn)榫哂许憫?yīng)速度快、電流密度大、功耗小、單色性好、便于集成等優(yōu) 點(diǎn)一直以來(lái)都是科學(xué)和工業(yè)界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。
[0003] 碳納米管是一種新型碳材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且具有幾乎接近理論極限的 尖端表面積，所以碳納米管具有很低的場(chǎng)發(fā)射電壓，可傳輸很大的電流密度，并且電流穩(wěn) 定，因此非常適合做場(chǎng)發(fā)射材料。
[0004]目前，利用絲網(wǎng)印刷、噴墨打印等方式制作的碳納米管場(chǎng)發(fā)射陰極，通常將碳納米 管漿料或墨水直接印刷或打印在陰極電極表面。然而，當(dāng)該場(chǎng)發(fā)射陰極處在一些惡劣真空 條件下，或著工作空間出現(xiàn)高壓打火的時(shí)候，場(chǎng)發(fā)射陰極表面的碳納米管的發(fā)射尖端很容 易被摧毀，場(chǎng)發(fā)射性能遭到極大破壞，這就造成碳納米管陰極發(fā)射體不穩(wěn)定，壽命也較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種耐環(huán)境沖擊、發(fā)射穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命的場(chǎng)發(fā)射陰極的制備 方法。
[0006] -種場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，該方法包括以下步驟：提供一微通道板，該微通道板 具有多個(gè)開(kāi)孔；提供一碳納米管漿料，將所述碳納米管漿料填充于所述微通道板的多個(gè)開(kāi) 孔內(nèi)，部分碳納米管漿料粘附于所述微通道板的開(kāi)孔內(nèi)壁；加熱填充碳納米管漿料的微通 道板，使得所述碳納米管漿料中的有機(jī)載體揮發(fā)，得到一場(chǎng)發(fā)射陰極。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、微通道 板為導(dǎo)電材料時(shí)，無(wú)需設(shè)置額外的陰極電極，制備方法簡(jiǎn)單；二、通過(guò)加熱固化的方式使得 碳納米管牢固固定于微通道板的開(kāi)孔內(nèi)；三，場(chǎng)發(fā)射陰極能夠處于微通道板第二表面的保 護(hù)之下，從而避免離子轟擊等事件導(dǎo)致的破壞。因此，該方法制備的場(chǎng)發(fā)射陰極具有發(fā)射穩(wěn) 定和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖6為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖7為本發(fā)明第六實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖8為本發(fā)明第七實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖9為本發(fā)明第八實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖10為本發(fā)明第九實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖11為本發(fā)明第十實(shí)施例提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖12為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法示意圖。
[0020] 圖13為碳納米管漿料填充微通道板采用的浸潤(rùn)法示意圖。
[0021] 圖14為碳納米管漿料填充微通道板采用的壓力注入法示意圖。
[0022] 圖15為本發(fā)明填充有碳納米管漿料的微通道板經(jīng)烘烤后的照片。
[0023] 圖16為本發(fā)明填充有碳納米管漿料的微通道板經(jīng)烘烤后的局部放大照片。
[0024] 圖17為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖18為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射裝置測(cè)試時(shí)的陽(yáng)極光斑。
[0026] 圖19為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射裝置的場(chǎng)發(fā)射陰極的IV特性圖。
[0027] 圖20為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射裝置的發(fā)射陰極的FN曲線圖。
[0028] 圖21為本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射裝置在不同真空度下的陽(yáng)極光斑圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射陰極，場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法以 及采用該場(chǎng)發(fā)射陰極的場(chǎng)發(fā)射裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 請(qǐng)一并參閱圖1-11，本發(fā)明提供一種場(chǎng)發(fā)射陰極，該場(chǎng)發(fā)射陰極包括：一微通道 板110和多個(gè)陰極發(fā)射體120。其中，所述微通道板110具有多個(gè)開(kāi)孔1102,該微通道板具 有一第一表面1104以及一與該第一表面1104相對(duì)的第二表面1106,每個(gè)所述開(kāi)孔1102貫 穿所述第一表面1104和第二表面1106。所述多個(gè)陰極發(fā)射體120填充于該微通道板110 的開(kāi)孔1102中，且與所述開(kāi)孔1102的內(nèi)壁接觸并固定，該多個(gè)陰極發(fā)射體120相互連接。
[0032] 所述微通道板110的材料可以選擇為導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體。所述導(dǎo)體包括金屬 單質(zhì)、合金或其他導(dǎo)電材料。所述半導(dǎo)體包括硅、氮化鎵及砷化鎵等中的一種或多種。所述 絕緣體包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、玻璃、陶瓷以及 石英等中的一種或多種。可以理解，所述微通道板110為一具有自支撐作用的硬質(zhì)基板，其 不同于通過(guò)甩膠和光刻制備的絕緣層。當(dāng)微通道板110為絕緣材料時(shí)，所述微通道板110 的開(kāi)孔1102內(nèi)壁可以設(shè)置有導(dǎo)電層1109,以增加微通道板110的導(dǎo)電性能，或者使得所述 陰極發(fā)射體120更好的與陰極電極130電連接。所述導(dǎo)電層1109的材料可以為金屬、合金 或ΙΤ0等。所述微通道板110的形狀、尺寸以及厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要制備。優(yōu)選地， 所述微通道板110的形狀為正方形或者矩形，厚度大于等于100微米。所述微通道板110 形成有多個(gè)開(kāi)孔1102,每個(gè)開(kāi)孔1102從微通道板的第一表面1104延伸至第二表面1106。 所述開(kāi)孔1102的延伸方向可以與該微通道板110的第一表面1104和第二表面1106垂直， 也可以傾斜一定角度。所述開(kāi)孔1102的延伸方向與第一表面1104和第二表面1106的夾 角α為30。<α蘭90。。優(yōu)選地，所述夾角α為45。蘭α蘭60。。所述開(kāi)孔1102的 直徑可以為5微米至200微米，相鄰兩個(gè)開(kāi)孔1102之間的距離可以為2微米至200微米。 優(yōu)選地，所述開(kāi)孔1102的直徑為10微米至40微米，相鄰兩個(gè)開(kāi)孔1102之間的距離為2微 米至10微米。所述開(kāi)孔1102內(nèi)壁可以設(shè)置一二次電子發(fā)射層1108,以便場(chǎng)電子發(fā)射時(shí)提 供更多二次電子，使得電子發(fā)生倍增。所述二次電子發(fā)射層1108的材料可以為氧化鎂、氧 化鈹、氧化鋇、氧化鈣或者氧化銫。所述微通道板110可以為雙層或者多層結(jié)構(gòu)，且相鄰兩 層中的開(kāi)孔1102呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述雙層或者多層結(jié)構(gòu)增加了所述開(kāi)孔1102在延伸方 向上的長(zhǎng)度，提高了電子與內(nèi)壁碰撞幾率，使得場(chǎng)電子發(fā)射時(shí)產(chǎn)生更多二次電子，電子倍增 率提高。
[0033]所述多個(gè)陰極發(fā)射體120包括多個(gè)碳納米管1202,多個(gè)碳納米管1202之間通過(guò) 范德華力相互連接。所述多個(gè)陰極發(fā)射體僅設(shè)置于所述微通道板的多個(gè)開(kāi)孔內(nèi)。所述多個(gè) 陰極發(fā)射體120中，至少部分碳納米管1202的一端懸空設(shè)置作為場(chǎng)發(fā)射端。所述陰極發(fā)射 體120的碳納米管場(chǎng)發(fā)射端位于所述微通道板110的開(kāi)孔1102內(nèi)，所述場(chǎng)發(fā)射端發(fā)射電子 時(shí)，電子能夠從所述微通道板的第二表面1106射出?？梢岳斫?，微通道板的第二表面也可 以保護(hù)場(chǎng)發(fā)射陰極，從而避免離子轟擊等造成的破壞。
[0034] 進(jìn)一步，所述陰極發(fā)射體120還可以包括導(dǎo)電顆粒1204,所述導(dǎo)電顆粒1204包括 金屬顆粒以及氧化銦錫顆粒等中的一種或多種。所述金屬顆粒可以為錫顆粒、鉛顆粒、鋅顆 粒和鎂顆粒等中的一種或多種。所述金屬顆粒也可以為金顆粒、銀顆粒、銅顆粒、鐵顆粒等 熔點(diǎn)較高的金屬顆粒中的一種或多種，該金屬顆粒的化學(xué)穩(wěn)定性較高，在熱處理過(guò)程中不 易氧化，能保持較好的導(dǎo)電性能。進(jìn)一步，所述陰極發(fā)射體120還可以包括無(wú)機(jī)粘結(jié)材料。 所述無(wú)機(jī)粘結(jié)材料為低溫玻璃粉通過(guò)熔融和冷卻后形成。
[0035] 以下將分別介紹本發(fā)明提供的場(chǎng)發(fā)射陰極的幾種具體實(shí)施例。
[0036] 實(shí)施例1 請(qǐng)一并參閱圖1及圖2,本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種場(chǎng)發(fā)射陰極100,圖1為所述場(chǎng)發(fā) 射陰極100的立體結(jié)構(gòu)圖，圖2為圖1中II-II處的剖面示意圖。所述場(chǎng)發(fā)射陰極100包 括：一微通道板110、多個(gè)陰極發(fā)射體120。該微通道板具有多個(gè)開(kāi)孔1102,且該微通道板 110具有第一表面1104以及與第一表面1104相對(duì)的第二表面1106。所述開(kāi)孔1102的延 伸方向與該微通道板110的第一表面1104、第二表面1106垂直。該陰極發(fā)射體120位于所 述微通道板110的開(kāi)孔1102中。所述陰