场发射阴极的制备方法
阅读：1015发布：2020-06-21
专利汇可以提供场发射阴极的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种场发射 阴极 的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一 微通道板 ，该微通道板具有多个开孔；提供一 碳 纳米管 浆料，将所述 碳纳米管 浆料填充于所述微通道板的多个开孔内，部分碳纳米管浆料粘附于所述微通道板的开孔内壁；加热填充碳纳米管浆料的微通道板，使得所述碳纳米管浆料中的有机载体挥发，得到一场发射阴极。，下面是场发射阴极的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种场发射阴极的制备方法，该方法包括以下步骤：
提供一微通道板，该微通道板具有多个开孔，该微通道板具有一第一表面以及一与该第一表面相对的第二表面，每个所述开孔贯穿所述第一表面和第二表面；
提供一碳纳米管浆料，该碳纳米管浆料至少包括碳纳米管和有机载体，将所述碳纳米管浆料填充于所述微通道板的多个开孔内，部分碳纳米管浆料粘附于所述微通道板的开孔内壁；
加热填充碳纳米管浆料的微通道板，使得所述碳纳米管浆料中的有机载体挥发，得到一场发射阴极。
2.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管浆料中碳纳米管的质量百分比为2%-5%，有机载体的质量百分比为95%-98%。
3.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，进一步所述碳纳米管浆料还包括导电颗粒、玻璃粉或者两者的混合物。
4.如权利要求1或3所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管浆料中碳纳米管的质量百分比为2%-5%，导电颗粒的质量百分比为2%-4%，粘结剂的质量百分比为
1%-3%，有机载体的质量百分比为88%-95%。
5.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管浆料在剪切速率为10/秒时的粘度为10Pa·s~12Pa·s。
6.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管浆料填充于微通道板的开孔内的方法包括：
将所述微通道板置于一盛有所述碳纳米管浆料的容器内并位于所述碳纳米管浆料表面的上方；
施加一压力使该微通道板逐渐浸入该碳纳米管浆料中，从而使该碳纳米管浆料注入到该微通道板的开孔内。
7.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管浆料填充于微通道板的开孔内的方法包括：
将所述微通道板的第一表面或第二表面涂满碳纳米管浆料；
将所述涂满碳纳米管浆料的微通道板设置在一腔室内，且所述微通道板将该腔室分成未涂碳纳米管浆料的一侧的第一空间和涂有碳纳米管浆料的一侧的第二空间；
将所述第一空间抽真空，同时向所述第二空间通入大气，使所述碳纳米管浆料在大气压力下注入到所述微通道板的开孔内。
8.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，在加热之前或加热过程中采用离心或者振荡的方法处理含有所述碳纳米管浆料的微通道板。
9.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述加热温度为
150℃~500℃。
10.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，在所述微通道板的第一表面进一步设置一导电电极作为阴极电极。
11.如权利要求1所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，在所述微通道板的第二表面进一步设置一第二微通道板，且所述第二微通道板的开孔与所述微通道板的开孔一一对应。
场发射阴极的制备方法
技术领域
背景技术
[0004] 目前，利用丝网印刷、喷墨打印等方式制作的碳纳米管场发射阴极，通常将碳纳米管浆料或墨水直接印刷或打印在阴极电极表面。然而，当该场发射阴极处在一些恶劣真空条件下，或着工作空间出现高压打火的时候，场发射阴极表面的碳纳米管的发射尖端很容易被摧毁，场发射性能遭到极大破坏，这就造成碳纳米管阴极发射体不稳定，寿命也较短。
发明内容
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种耐环境冲击、发射稳定、长寿命的场发射阴极的制备方法。
[0006] 一种场发射阴极的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一微通道板，该微通道板具有多个开孔；提供一碳纳米管浆料，将所述碳纳米管浆料填充于所述微通道板的多个开孔内，部分碳纳米管浆料粘附于所述微通道板的开孔内壁；加热填充碳纳米管浆料的微通道板，使得所述碳纳米管浆料中的有机载体挥发，得到一场发射阴极。
[0007] 与现有技术相比，本发明提供的场发射阴极的制备方法具有以下优点：一、微通道板为导电材料时，无需设置额外的阴极电极，制备方法简单；二、通过加热固化的方式使得碳纳米管牢固固定于微通道板的开孔内；三，场发射阴极能够处于微通道板第二表面的保护之下，从而避免离子轰击等事件导致的破坏。因此，该方法制备的场发射阴极具有发射稳定和寿命长的特点。附图说明
[0008] 图1为本发明第一实施例提供的场发射阴极的结构立体图。
[0009] 图2为本发明第一实施例提供的场发射阴极的结构剖面示意图。
[0010] 图3为本发明第二实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0011] 图4为本发明第三实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0012] 图5为本发明第四实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0013] 图6为本发明第五实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0014] 图7为本发明第六实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0015] 图8为本发明第七实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0016] 图9为本发明第八实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0017] 图10为本发明第九实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0018] 图11为本发明第十实施例提供的场发射阴极的结构示意图。
[0019] 图12为本发明提供的场发射阴极的制备方法示意图。
[0020] 图13为碳纳米管浆料填充微通道板采用的浸润法示意图。
[0021] 图14为碳纳米管浆料填充微通道板采用的压力注入法示意图。
[0022] 图15为本发明填充有碳纳米管浆料的微通道板经烘烤后的照片。
[0023] 图16为本发明填充有碳纳米管浆料的微通道板经烘烤后的局部放大照片。
[0024] 图17为本发明提供的场发射装置的结构示意图。
[0025] 图18为本发明提供的场发射装置测试时的阳极光斑。
[0026] 图19为本发明提供的场发射装置的场发射阴极的IV特性图。
[0027] 图20为本发明提供的场发射装置的发射阴极的FN曲线图。
[0029] 主要元件符号说明场发射装置 10
场发射阴极 100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000
阳极基板 102
阴极基板 104
阳极结构 106
阳极电极 107
荧光粉层 108
微通道板 110
开孔 1102
第一表面 1104
第二表面 1106
二次电子发射层 1108
导电层 1109
电子引出极 1110
阴极发射体 120
碳纳米管 1202
导电颗粒 1204
碳纳米管浆料 122
阴极导电体 130
第二微通道板 140
第二微通道板开孔 1402
容器 150
支撑体 160
第一空间 170
第二空间 180
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
场发射阴极 100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000
阳极基板 102
阴极基板 104
阳极结构 106
阳极电极 107
荧光粉层 108
微通道板 110
开孔 1102
第一表面 1104
第二表面 1106
二次电子发射层 1108
导电层 1109
电子引出极 1110
阴极发射体 120
碳纳米管 1202
导电颗粒 1204
碳纳米管浆料 122
阴极导电体 130
第二微通道板 140
第二微通道板开孔 1402
容器 150
支撑体 160
第一空间 170
第二空间 180
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0030] 下面将结合具体实施例，对本发明提供的场发射阴极，场发射阴极的制备方法以及采用该场发射阴极的场发射装置作进一步详细说明。
[0031] 请一并参阅图1-11，本发明提供一种场发射阴极，该场发射阴极包括：一微通道板110和多个阴极发射体120。其中，所述微通道板110具有多个开孔1102，该微通道板具有一第一表面1104以及一与该第一表面1104相对的第二表面1106，每个所述开孔1102贯穿所述第一表面1104和第二表面1106。所述多个阴极发射体120填充于该微通道板110的开孔1102中，且与所述开孔1102的内壁接触并固定，该多个阴极发射体120相互连接。
[0032] 所述微通道板110的材料可以选择为导体、半导体及绝缘体。所述导体包括金属单质、合金或其他导电材料。所述半导体包括硅、氮化镓及砷化镓等中的一种或多种。所述绝缘体包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、玻璃、陶瓷以及石英等中的一种或多种。可以理解，所述微通道板110为一具有自支撑作用的硬质基板，其不同于通过甩胶和光刻制备的绝缘层。当微通道板110为绝缘材料时，所述微通道板110的开孔1102内壁可以设置有导电层1109，以增加微通道板110的导电性能，或者使得所述阴极发射体120更好的与阴极电极130电连接。所述导电层1109的材料可以为金属、合金或ITO等。所述微通道板110的形状、尺寸以及厚度不限，可根据实际需要制备。优选地，所述微通道板110的形状为正方形或者矩形，厚度大于等于100微米。所述微通道板110形成有多个开孔1102，每个开孔1102从微通道板的第一表面1104延伸至第二表面1106。所述开孔1102的延伸方向可以与该微通道板110的第一表面1104和第二表面1106垂直，也可以倾斜一定角度。所述开孔1102的延伸方向与第一表面1104和第二表面1106的夹角α为30°<α≦90°。优选地，所述夹角α为45°≦α≦60°。所述开孔1102的直径可以为5微米至200微米，相邻两个开孔1102之间的距离可以为2微米至200微米。
优选地，所述开孔1102的直径为10微米至40微米，相邻两个开孔1102之间的距离为2微米至10微米。所述开孔1102内壁可以设置一二次电子发射层1108，以便场电子发射时提供更多二次电子，使得电子发生倍增。所述二次电子发射层1108的材料可以为氧化镁、氧化铍、氧化钡、氧化钙或者氧化铯。所述微通道板110可以为双层或者多层结构，且相邻两层中的开孔1102呈一一对应关系，所述双层或者多层结构增加了所述开孔1102在延伸方向上的长度，提高了电子与内壁碰撞几率，使得场电子发射时产生更多二次电子，电子倍增率提高。
优选地，所述开孔1102的直径为10微米至40微米，相邻两个开孔1102之间的距离为2微米至10微米。所述开孔1102内壁可以设置一二次电子发射层1108，以便场电子发射时提供更多二次电子，使得电子发生倍增。所述二次电子发射层1108的材料可以为氧化镁、氧化铍、氧化钡、氧化钙或者氧化铯。所述微通道板110可以为双层或者多层结构，且相邻两层中的开孔1102呈一一对应关系，所述双层或者多层结构增加了所述开孔1102在延伸方向上的长度，提高了电子与内壁碰撞几率，使得场电子发射时产生更多二次电子，电子倍增率提高。
[0033] 所述多个阴极发射体120包括多个碳纳米管1202，多个碳纳米管1202之间通过范德华力相互连接。所述多个阴极发射体仅设置于所述微通道板的多个开孔内。所述多个阴极发射体120中，至少部分碳纳米管1202的一端悬空设置作为场发射端。所述阴极发射体120的碳纳米管场发射端位于所述微通道板110的开孔1102内，所述场发射端发射电子时，电子能够从所述微通道板的第二表面1106射出。可以理解，微通道板的第二表面也可以保护场发射阴极，从而避免离子轰击等造成的破坏。
[0034] 进一步，所述阴极发射体120还可以包括导电颗粒1204，所述导电颗粒1204包括金属颗粒以及氧化铟锡颗粒等中的一种或多种。所述金属颗粒可以为锡颗粒、铅颗粒、锌颗粒和镁颗粒等中的一种或多种。所述金属颗粒也可以为金颗粒、银颗粒、铜颗粒、铁颗粒等熔点较高的金属颗粒中的一种或多种，该金属颗粒的化学稳定性较高，在热处理过程中不易氧化，能保持较好的导电性能。进一步，所述阴极发射体120还可以包括无机粘结材料。所述无机粘结材料为低温玻璃粉通过熔融和冷却后形成。
[0035] 以下将分别介绍本发明提供的场发射阴极的几种具体实施例。
[0036] 实施例1请一并参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种场发射阴极100，图1为所述场发射阴极100的立体结构图，图2为图1中II-II处的剖面示意图。所述场发射阴极100包括：一微通道板110、多个阴极发射体120。该微通道板具有多个开孔1102，且该微通道板
110具有第一表面1104以及与第一表面1104相对的第二表面1106。所述开孔1102的延伸方向与该微通道板110的第一表面1104、第二表面1106垂直。该阴极发射体120位于所述微通道板110的开孔1102中。所述阴极发射体120包括多个碳纳米管1202和导电颗粒
1204，且所述阴极发射体120的碳纳米管场发射端未超出所述第二表面1106。
110具有第一表面1104以及与第一表面1104相对的第二表面1106。所述开孔1102的延伸方向与该微通道板110的第一表面1104、第二表面1106垂直。该阴极发射体120位于所述微通道板110的开孔1102中。所述阴极发射体120包括多个碳纳米管1202和导电颗粒
1204，且所述阴极发射体120的碳纳米管场发射端未超出所述第二表面1106。
[0037] 具体地，本实施例中，所述微通道板110为一长为5毫米、宽为1.2毫米，厚度为1毫米的铜板，所述微通道板的每个开孔1102的直径为20微米，相邻两孔之间的距离为5微米。所述阴极发射体120位于所述微通道板110的开孔1102中，且固定于所述开孔1102内壁上。由于所述微通道板110为导电材料，所以所述场发射阴极100不需要设置专门的阴极电极。当该阴极发射体120发射电子时，其电子在射出该微通道板110的第二表面1106之前，需要在该微通道板110的开孔1102内飞行一段距离。当电子在所述开孔1102内运行时，部分电子可以与所述开孔1102内壁发生碰撞，产生二次电子，从而可以提高电子发射率。所述场发射阴极100结构简单，制作方便。
[0038] 实施例2请参阅图3，本发明第二实施例提供一种场发射阴极200，所述场发射阴极200包括：一微通道板110，多个阴极发射体120。所述微通道板110的第一表面1104和所述开孔1102上均镀有导电层1109。
[0039] 本发明第二实施例提供的场发射阴极200与第一实施例提供的场发射阴极100基本相同，其区别在于：该第二实施例中，所述微通道板110为绝缘材料，该微通道板110的开孔1102内壁镀有所述导电层1109，并且在所述微通道板110的第一表面也镀有所述导电层1109作为所述阴极电极130。所述场发射阴极200克服了微通道板为绝缘材料时需设置导电基板的问题。具体地，本实施例中，所述微通道板为玻璃板。
[0040] 实施例3请参阅图4，本发明第三实施例提供一种场发射阴极300，所述场发射阴极300包括：一微通道板110，多个阴极发射体120。
[0041] 本发明第二实施例提供的场发射阴极300与第一实施例提供的场发射阴极100基本相同，其区别在于：该第三实施例中，所述微通道板110的开孔1102的延伸方向与该微通道板110的第一表面1104、第二表面1106的夹角α为30°<α<90°。优选地，所述夹角α为45°≦α≦60°。当电子在开孔内运行时，由于该开孔1102的延伸方向与电场方向有一定夹角，所以该电子与开孔1102内壁发生碰撞几率增大，可以产生更多二次电子，相对于第一实施例可以提高电子发射率。具体地，本实施例中，所述夹角α为45°。
[0042] 实施例4请参阅图5，本发明第四实施例提供一种场发射阴极400，所述场发射阴极400包括：一第一微通道板110，一第二微通道板140以及多个阴极发射体120。所述第二微通道板140的第二开孔1402与所述第一微通道板110的第一开孔1102一一对应。所述第二开孔1402的内壁上设置有二次电子发射层1108。
[0043] 本发明第四实施例提供的场发射阴极400的第二微通道板140与第一实施例提供的场发射阴极100的微通道板110基本相同，其区别在于：该第四实施例中，所述第一微通道板110的第二表面1106上设置有所述第二微通道板140。所述第二微通道板140的第二开孔1402的延伸方向与所述第一微通道板110的第一表面1104、第二表面1106的夹角β为30°<β≦90°。优选地，所述夹角β为45°≦β≦60°。可以理解，当电子在所述第一开孔1102内运行时，所述第二开孔1402增加了电子在微通道板内的运行距离，这也增加了电子与开孔内壁发生碰撞的几率，更多二次电子的产生使得电子发射率提高。具体地，所述二次电子发射层1108的材料为氧化镁，所述第二微通道板140为玻璃，所述夹角β为45°。
[0044] 实施例五请参阅图6，本发明第五实施例提供一种场发射阴极500，所述场发射阴极500包括：一微通道板110、多个阴极发射体120以及一阴极电极130。所述阴极电极130平行设置于所述微通道板110的第一表面，且与所述多个阴极发射体120电连接。
[0045] 本发明第五实施例提供的场发射阴极500与第一实施例提供的场发射阴极100基本相同，其区别在于：该第五实施例中，所述微通道板的材料不限，可以为导体、绝缘体及半导体。所述微通道板110的第一表面设置有一阴极电极130。所述阴极发射体120均匀分布于所述微通道板110的开孔1102内，通过浆料固化使得部分碳纳米管牢固固定于所述开孔内壁上。可以理解，所述微通道板110对阴极发射体120可以起到固定和支撑作用。具体地，本实施例中，所述微通道板110为玻璃板。
[0046] 实施例六请参阅图7，本发明第六实施例提供一种场发射阴极600，所述场发射阴极600包括：一微通道板110、多个阴极发射体120以及一阴极电极130。所述微通道板110的开孔1102内壁上设置有二次电子发射层1108。
[0047] 本发明第六实施例提供的场发射阴极600与第五实施例提供的场发射阴极500基本相同，其区别在于：该第六实施例中，所述微通道板110的开孔内壁上设置有一二次电子发射层1108。可以理解，当电子在所述开孔1102内运行时，部分电子可以与所述开孔1102内壁发生碰撞，产生二次电子，从而可以提高电子发射率。
[0048] 实施例七请参阅图8，本发明第七实施例提供一种场发射阴极700，所述场发射阴极700包括：一微通道板110、多个阴极发射体120以及一阴极电极130。所述微通道板110的开孔1102内壁上设置有二次电子发射层。
[0049] 本发明第七实施例提供的场发射阴极700与第六实施例提供的场发射阴极600基本相同，其区别在于：该第七实施例中，所述微通道板110的开孔1102的延伸方向与该微通道板110的第一表面1104、第二表面1106的夹角α为30°<α<90°。优选地，所述夹角α为45°≦α≦60°。当电子在开孔内运行时，由于该开孔1102的延伸方向与电场方向有一定夹角，所以该电子与开孔1102内壁发生碰撞几率增大，而且开孔1102的内壁上设置有二次电子发射层，电子与内壁发生碰撞时可以产生更多二次电子，相对于第一实施例可以提高电子发射率。具体地，本实施例中，所述夹角α为45°。
[0050] 实施例八请参阅图9，本发明第八实施例提供一种场发射阴极800，所述场发射阴极800包括：一第一微通道板110、多个阴极发射体120、一第二微通道板140以及一阴极电极130。所述第二微通道板140的第二开孔1402与所述第一微通道板110的第一开孔1102一一对应。所述第一开孔1102与所述第二开孔1402的内壁上均镀有二次电子发射层1108。
[0051] 本发明第八实施例提供的场发射阴极800的第二微通道板140与第七实施例提供的场发射阴极700的微通道板110基本相同，其区别在于：该第八实施例中，所述第一微通道板110的第二表面1106上设置有所述第二微通道板140。所述第二微通道板140的第二开孔1402的延伸方向与所述第一微通道板110的第一表面1104、第二表面1106的夹角β为30°<β≦90°。优选地，所述夹角β为45°≦β≦60°。可以理解，当电子在所述第一开孔1102内运行时，所述第二开孔1402增加了电子在微通道板内的运行距离，这也增加了电子与开孔内壁发生碰撞的几率，更多二次电子的产生使得电子发射率提高。具体地，所述二次电子发射层1108的材料为氧化镁，所述第二微通道板140为玻璃，所述夹角β为45°。
[0052] 实施例九请参阅图10，本发明第九实施例提供一种场发射阴极900，所述场发射阴极900包括：
一微通道板110，多个阴极发射体120，一电子引出极1110以及一阴极电极130。所述电子引出极1110设置于所述微通道板110的第二表面1106。
一微通道板110，多个阴极发射体120，一电子引出极1110以及一阴极电极130。所述电子引出极1110设置于所述微通道板110的第二表面1106。
[0053] 本发明第九实施例提供的场发射阴极900与第五实施例提供的场发射阴极500基本相同，其区别在于：该第九实施例中，所述微通道板110的第二表面1106设置有一电子引出极1110。可以理解，当在所述电子引出极1110与所述阴极电极130之间施加一定电压时，所述阴极发射体可以在一较小的电压下发射电子，与没有设置电子引出极的场发射阴极相比较，该场发射阴极900可以降低发射电子时所需的电压值。具体地，本实施例中，所述电子引出极的材料为铜。
[0054] 实施例十请参阅图11，本发明第十实施例提供一种场发射阴极1000，所述场发射阴极1000包括：一微通道板110，多个阴极发射体120以及多个阴极电极130。
[0055] 本发明第十实施例提供的场发射阴极1000与第五实施例提供的500基本相同，其区别在于：该第十实施例中，所述阴极电极130为图案化阴极电极，其具体图案可根据需要设计。所述场发射阴极1000在发射电子时，可根据需要对场发射阴极的不同区域分别进行控制，可控性更加灵活。
[0056] 为了便于理解本发明的场发射阴极的结构，以下介绍场发射阴极的制备方法。请参阅图12，本发明提供一种场发射阴极的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：S10，提供一微通道板110，该微通道板110具有多个开孔1102，该微通道板110具有一第一表面1104以及一与该第一表面1104相对的第二表面1106，每个所述开孔1102贯穿所述第一表面1104和第二表面1106；
S11，提供一碳纳米管浆料122，将所述碳纳米管浆料122填充于所述微通道板110的多个开孔1102内，部分碳纳米管浆料122粘附于所述微通道板110的开孔1102内壁；
S12，加热填充碳纳米管浆料122的微通道板110，使得所述碳纳米管浆料中的有机载体挥发，得到一场发射阴极。
S11，提供一碳纳米管浆料122，将所述碳纳米管浆料122填充于所述微通道板110的多个开孔1102内，部分碳纳米管浆料122粘附于所述微通道板110的开孔1102内壁；
S12，加热填充碳纳米管浆料122的微通道板110，使得所述碳纳米管浆料中的有机载体挥发，得到一场发射阴极。
[0057] 在步骤S10中，所述微通道板110的材料可以选择为导体、半导体及绝缘体。所述微通道板110的形状、尺寸以及厚度不限，可根据实际需要制备。所述多个开孔1102的延伸方向相同。所述开孔1102的直径可以为5微米至200微米，相邻两个开孔1102之间的距离可以为2微米至200微米。优选地，所述开孔1102的直径为10微米至40微米，相邻两个开孔1102之间的距离为2微米至10微米。本实施例中，所述微通道板110为5毫米、宽为1.2毫米，厚度为1毫米的玻璃板，所述微通道板的每个开孔1102的直径为20微米，相邻两孔之间的距离为5微米。
[0058] 所述微通道板110的开孔内壁也可以设置有一二次电子发射层1108，所述二次电子发射层1108的材料可以为氧化镁、氧化铍、氧化钡、氧化钙或者氧化铯。所述二次电子发射层的制备方法可为气相沉积法、磁控溅射法。本实施例中，所述二次电子发射层1108的材料为氧化镁，制备方法为磁控溅射法。
[0059] 所述微通道板110的开孔内壁还可以设置有一导电层1109。所述导电层1109的材料可以为金属、合金或ITO等。所述导电层的制备方法可为气相沉积法、磁控溅射法。本实施例中，所述导电层1109的材料为金属铜，制备方法为磁控溅射法。
[0060] 在步骤S11中，所述碳纳米管浆料122至少包括碳纳米管和有机载体。
[0061] 所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米至50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米至50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米至50纳米。所述碳纳米管的长度大于1微米，优选地，所述碳纳米管的长度为5微米至15微米。
[0062] 所述有机载体为易挥发的有机物，可以通过加热去除。所述有机载体包括乙基纤维素、松油醇和乙醇，其中乙基纤维素的质量百分比为10%-40%，松油醇的质量百分比为30%-50%，乙醇的质量百分比为30%-50%。其中，所述乙基纤维素在所述有机载体中作为稳定剂，用以提高该有机载体的粘度和塑性。所述松油醇在该有机载体中作为稀释剂，为碳纳米管浆料提供必要的流淌性。所述乙醇在该有机载体中作为溶剂，用以分散上述碳纳米管。
[0063] 所述碳纳米管浆料122中，碳纳米管的质量百分比为2%-5%，有机载体的质量百分比为95%-98%。优选地，所述碳纳米管浆料中，碳纳米管的质量百分比为2.5%-3%，有机载体的质量百分比为97%-98%，这是由于优选范围内的碳纳米管浆料的流动性好，易于填充于微通道板的开孔内。同时，所述碳纳米管浆料的可塑性较好，可均匀分布于所述微通道板110的开孔内。本发明采用的浆料在剪切速率为10/秒时的粘度为10Pa·s~12Pa·s。优选地，所述粘度为10Pa·s~11Pa·s，这是由于这时的浆料易于填充于微通道板的开孔内，而且与微通道板110的开孔内壁粘附力较强，使得碳纳米管浆料紧密粘附于所述微通道板110的开孔内壁上。
[0064] 进一步，所述碳纳米管浆料122还可以包括导电颗粒和玻璃粉中的一种或两者的2
混合。所述导电颗粒的粒径小于等于1微米，且其比表面积在1平方米每克(m/g)~3平方
2
米每克(m/g)之间。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉，其熔点为300℃-400℃。所述玻璃粉的粒径小于等于10微米，优选地，所述玻璃粉的粒径小于等于1微米。当碳纳米管浆料中同时含有导电颗粒和玻璃粉时，碳纳米管的质量百分比为2%-5%，导电颗粒的质量百分比为
2%-4%，粘结剂的质量百分比为1%-3%，有机载体的质量百分比为88%-95%。
混合。所述导电颗粒的粒径小于等于1微米，且其比表面积在1平方米每克(m/g)~3平方
2
米每克(m/g)之间。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉，其熔点为300℃-400℃。所述玻璃粉的粒径小于等于10微米，优选地，所述玻璃粉的粒径小于等于1微米。当碳纳米管浆料中同时含有导电颗粒和玻璃粉时，碳纳米管的质量百分比为2%-5%，导电颗粒的质量百分比为
2%-4%，粘结剂的质量百分比为1%-3%，有机载体的质量百分比为88%-95%。
[0065] 请一并参阅图13及图14，所述碳纳米管浆料122填充所述微通道板110的开孔的方法可以为浸润法或压力注入法。本实施例的方法为浸润法。
[0066] 所述浸润法具体包括以下步骤：S1110，将所述微通道板110置于一盛有所述碳纳米管浆料122的容器150内并位于所述碳纳米管浆料122表面的上方；
S1111，对所述微通道板110施加一压力，使得所述微通道板110逐渐浸入所述碳纳米管浆料122中，从而使得所述碳纳米管浆料122填充于所述微通道板110的开孔内。
S1111，对所述微通道板110施加一压力，使得所述微通道板110逐渐浸入所述碳纳米管浆料122中，从而使得所述碳纳米管浆料122填充于所述微通道板110的开孔内。
[0067] 所述压力注入法具体包括以下步骤：S1120，将所述微通道板110的第一表面1104或者第二表面1106涂满碳纳米管浆料
122；
S1121，将涂满碳纳米管浆料的微通道板110放置于一腔室内，且所述微通道板110将该腔室分成未涂碳纳米管浆料的一侧的第一空间170和涂有碳纳米管浆料的一侧的第二空间180；
S1122，将所述第一空间170抽真空，同时向所述第二空间180通入大气，使所述碳纳米管浆料122在大气压力下填充进入所述微通道板110的开孔1102内。
122；
S1121，将涂满碳纳米管浆料的微通道板110放置于一腔室内，且所述微通道板110将该腔室分成未涂碳纳米管浆料的一侧的第一空间170和涂有碳纳米管浆料的一侧的第二空间180；
S1122，将所述第一空间170抽真空，同时向所述第二空间180通入大气，使所述碳纳米管浆料122在大气压力下填充进入所述微通道板110的开孔1102内。
[0068] 进一步，在步骤S1121中，腔室内还可以包括一支撑体160，所述微通道板110固定于所述支撑体160上。所述支撑体160与所述微通道板110共同将腔室分成两个空间170和180。
[0069] 在步骤S12中，所述加热温度可为150℃~500℃，优选地，所述加热温度为150℃~300℃。所述有机载体中乙基纤维素、松油醇和乙醇均为易挥发物质，在所述加热温度下均可以挥发。加热前，碳纳米管浆料122中碳纳米管1202呈三维网状结构且均匀地分布于有机载体中，多个碳纳米管1202的一端悬空存在于碳纳米管浆料中。碳纳米管浆料通过表面张力粘附于所述微通道板110的开孔内壁上，而且多个碳纳米管1202之间通过有机载体结合在一起。加热过程中，碳纳米管浆料122中的有机载体不断挥发，碳纳米管浆料与微通道板110开孔内壁的表面张力逐渐被碳纳米管与开孔内壁的范德华力取代。所以，加热后得到的阴极发射体通过多个碳纳米管1202与所述开孔内壁之间的范德华力牢固固定于开孔内壁上，而且阴极发射体中多个碳纳米管1202之间通过范德华力互相连接。当碳纳米管浆料中含有低熔点导电颗粒时，加热过程中，导电颗粒会发生部分或者全部熔融。冷却过程中，所述多个碳纳米管1202通过多个导电颗粒电连接，并通过凝结的导电颗粒固定于所述微通道板110的开孔及内壁上。当碳纳米管浆料中含有低温玻璃粉时，加热过程中玻璃粉发生熔融，在冷却过程中形成无机粘结材料，将所述碳纳米管1202牢固地固定于所述微通道板110的开孔1102内。
[0070] 进一步，在给填有碳纳米管浆料122的微通道板110加热之前或加热过程中，还可以采用离心或者振荡的方法，以使得该碳纳米管浆料122可以更紧密地贴合于所述微通道板110的开孔1102内壁上。
[0071] 请一并参阅图15-16，图14和图15为填充有碳纳米管浆料122的微通道板110经烘烤后的照片。
[0072] 进一步，如果所述微通道板110为绝缘材料时，则进一步包括步骤S13：S13，在所述微通道板110的第一表面1104上设置一导电电极作为阴极电极130。
[0073] 在步骤S13中，所述阴极电极需与阴极发射体电连接。所述阴极电极130可以为导电材料层，也可以为一导电基板。
[0074] 当阴极电极130为导电材料层时，导电材料层会进入该微通道板的开孔内一段距离，以保证阴极发射体与阴极电极电连接。所述导电材料层为镍镀层、铬镀层或者铜镀层等，制备方法可为电镀和化学镀的一种。
[0075] 当阴极电极130为导电基板时，所述导电基板可为金属板或ITO玻璃等。所述阴极电极130可以为一连续的结构也可以为多个绝缘间隔设置的图形。当所述阴极电极130为多个绝缘间隔设置的图形时，可以选择控制对应的微通道板110内的阴极发射体120工作。
[0076] 可以理解，所述阴极电极130的形状、尺寸以及厚度可以根据需要选择。具体地，本实施例中，所述阴极电极130为铜板。
[0077] 进一步，若所述微通道板110为绝缘材料时，还可以包括步骤S14：S14，在所述微通道板110的第二表面1106设置一电子引出极1110。
[0078] 在步骤S14中，所述电子引出极1110的作用是可以降低碳纳米管发射端的发射电压。当在所述微通道板的第一表面1104和第二表面1106施加电压时，由于第一表面与第二表面距离较近，碳纳米管发射端可以在较小的电压下发射电子。所述电子引出极1110的材料为金属镀层，制备方法为电镀和化学镀的一种。
[0079] 进一步，为增加电子在通道运行的距离，还可以包括步骤S15：S15，在所述微通道板110的第二表面1106设置一第二微通道板140。
[0080] 在步骤S15中，所述原微通道板110可看作第一微通道板。所述第二微通道板140的第二开孔1402与所述第一微通道板110的第一开孔1102一一对应。所述第二微通道板140与所述第一微通道板绝缘设置。当所述场发射阴极为两个微通道板组成的双层结构，所述开孔的长度增加，即使该碳纳米管浆料将该第一微通道板110的第一开孔1102填满，场电子发射时仍可以在开孔中运行一段距离，从而增加了场发射电子与开孔内壁碰撞的几率，使得场电子发射时产生更多二次电子，电子发生倍增几率提高。
[0081] 本发明提供的场发射阴极具有以下优点：微通道板为导电材料时，可直接作为阴极电极，无需额外的阴极电极层；通过微通道板可实现阴极发射体的均匀分布；通过碳纳米管浆料的固化使得部分碳纳米管牢固固定于开孔内壁；微通道板开孔内壁设置有二次电子发射层时可以发射二次电子，使得场发射阴极可以在打火、低真空度等恶劣工作环境下正常工作，而且性能稳定，从而可以延长阴极寿命，具有广泛的应用领域。
[0082] 参见图17，本发明进一步提供采用上述场发射阴极100的场发射装置10。该场发射装置10包括：一阳极基板102，一阴极基板104，一阳极结构106以及一场发射阴极100。可以理解，该场发射阴极100可以为上述实施例中的任何一种场发射阴极结构。
[0083] 其中，所述场发射阴极100设置于所述阴极基板104上，所述阳极结构106设置于阳极基板102上。所述阳极结构106与场发射阴极100之间保持一定距离。
[0084] 所述阴极基板104的材料可以为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。所述一阳极基板102可以为一透明基板。本实施例中，所述阴极基板104与阳极基板102均为一玻璃板。
[0085] 所述阳极结构106包括一涂覆于阳极基板102上的阳极电极107。所述阳极电极107为氧化铟锡薄膜。进一步，还可以在所述阳极电极107表面设置荧光粉层108，使所述阴极发射体120发射的电子轰击该荧光粉层108发光，从而得到一场发射光源或显示器。
[0086] 进一步，本发明对该场发射装置10进行测试。测试在真空度为10-5Pa的条件下进行，阴极与阳极间距为3毫米，在测试过程中多次出现局部打火，有时是很强的打火，但是并没有破坏其整体的发射状况。请参阅图18，图15为测试时该场发射装置10的阳极光斑。从图中荧光屏的图像及其亮度可以判断，该场发射装置10的阴极发射状况保持不变。这种结构解决了之前所采用的阴极其碳纳米管尖端在测试时一旦阴极打火就破坏整个发射表面，从而发射电流剧减的问题。
[0087] 请一并参阅图19和图20，图18为该场发射装置10的IV特性图，图17为该场发射装置10的FN曲线图。从IV特性图可以看出，测试所加高压脉冲电源最高为一万伏。测试在50赫兹频率，脉宽10微秒的条件下进行，每隔大约200伏采集一个对应电流值，汇成IV曲线。从FN曲线可以看出，所述场发射装置10的场发射阴极的发射特性符合场致发射特性的性质。
[0088] 请参阅图21，图21为不同真空度下的阳极光斑图，测试时脉冲电压加到8000伏，脉宽10微秒，阴极与阳极间距为3毫米。从不同真空度下阴极测试可以看出，该场发射阴极能在低真空下保持跟高真空一致的光斑，说明它在低真空下发射性能优异。
[0089] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
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