一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构及其制备方法
专利汇可以提供一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多 角 状纳米ZnO和 碳 纳米管 的复合结构及其制备方法，属于光 电子 和 半导体 材料及其制备的技术领域。背景技术用气相输运法和用丝网印刷制备的大面积 碳纳米管 薄膜 ，含杂质较多，其场发射 电流 密度 和发射点密度较小，发射均匀性差，限制其在场发射显示器件中的应用。该复合结构由 硅 片 衬底、碳纳米管和多角纳米ZnO组成，在表面印制有碳纳米管薄膜的 硅片 衬底上，以ZnO粉和 石墨 粉与少量Zn粉的均匀混和物作为 蒸发 源，用热蒸发方法蒸发蒸发源混和物，在碳纳米管薄膜上生长多角状纳米ZnO，该复合结构多角，场发射电流密度和发射点密度大，发射均匀性好，特别适于在场发射显示器件中应用。，下面是一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构及其制备方法专利的具体信息内容。
1、一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构，其特征在于， 由硅片衬底、碳纳米管和多角纳米ZnO组成，碳纳米管和多角纳米 ZnO以薄膜形式分别依附在硅片衬底上和依附在碳纳米管薄膜上，多 角状纳米ZnO的角的平均直径和平均长度分别为20nm～40nm和 300～500nm。
2、一种制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构的方法，其 特征在于，具体工艺步骤如下：
第一步印制碳纳米管薄膜
用传统的丝网印刷技术，把有机溶液与碳纳米管混合成印刷浆 料，将所述的浆料印制在硅片衬底上，在硅片衬底上形成厚度介于 6～10μm的碳纳米管薄膜；
第二步退火和除去有机溶液
经第一步处理的硅片衬底在N2保护下400～600℃退火30～10分 钟，除去碳纳米管薄膜内的有机溶液；
第三步管式生长炉加热
将水平放置的管式生长炉加热到700℃～800℃；
第四步配制蒸发源
将ZnO粉、石墨粉和Zn粉均匀混和成蒸发源，放入石英舟中， ZnO粉∶石墨粉∶Zn粉的质量比为A∶B∶0.1(A+B)，其中A＝1～2，B＝1～2；
第五步放置石英舟
把石英舟放置在加热好的管式生长炉的中部，再把经第二步处理 的硅片衬底放入管式生长炉中距离蒸发源5～20cm处；
第六步通入载气，进行热蒸发反应
将N2作为载气通入管式生长炉，载气的流量为0.5L/min ～3L/min，在大气压和700℃～800℃的条件下进行热蒸发反应45～15 分钟；
第七步得产品
取出石英舟和硅片衬底，在硅片衬底上生长有一层白灰色的膜状 物质，该硅片衬底及其上的碳纳米管薄膜和膜状物质合在一起就是产 品，多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构。
3、根据权利要求2所述的制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复 合结构的方法，其特征在于，第一步中，硅片衬底是P100型硅片。
4、根据权利要求2所述的制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复 合结构的方法，其特征在于，第三步中，管式生长炉是由一根半径和 长度分别为8cm和140cm的石英管，第六步中，载气直接通入所述 的石英管中。
5、根据权利要求2所述的制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复 合结构的方法，其特征在于，第一步中，硅片衬底是P100型硅片， 第三步中，管式生长炉是由一根半径和长度分别为8cm和140cm的 石英管，第六步中，载气直接通入所述的石英管中。
技术领域
本发明涉及一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构及其制 备方法，具体说，涉及一种用热蒸发方法在大气压和700℃～800℃的 条件下在硅片衬底上形成大面积多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合 结构，属于光电子和半导体材料及其制备的技术领域。
技术背景
目前，许多场发射器件，例如平板显示器，X射线源，真空微波 放大器等，都需要高质量的场发射阴极材料。由于一维纳米结构(如 纳米管，纳米线等)有较大的长径比和小的曲线半径，在较小的电场 下可以获得较大的场发射电流密度，因此它们是理想的阴极材料。过 去几年中，人们致力于用碳纳米管作为电子发射源，制备新一代的场 发射平板显示器。另外，由于碳纳米管具有高的机械强度、好的导电 性和化学稳定性，所以是一种很好的冷阴极材料。用气相输运法 (CVD)生长碳纳米管和用丝网印刷制备碳纳米管薄膜以及这些薄膜 的场发射性能已见诸于报道。丝网印刷是制备大面积碳纳米管薄膜的 有效方法，该法成本低廉，操作简单，不受尺寸限制。然而，用该法 制备的碳纳米管薄膜容易包含杂质，导致其场发射电流密度和发射点 密度较小，发射均匀性差，导致其在场发射显示器件的应用中受到限 制。因此，有必要提高这种丝网印刷碳纳米管薄膜的场发射性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结 构。该复合结构由硅片衬底、碳纳米管和多角纳米ZnO组成，碳纳 米管和多角纳米ZnO以薄膜形式分别依附在硅片衬底上和依附在碳 纳米管薄膜上，多角状纳米ZnO的角的平均直径和平均长度分别为 20nm～40nm和300～500nm。该复合结构具有多角状的结构特征，大 大增加了发射点，使电子的发射更加容易。场发射测试研究表明，该 复合结构具有较大的场增强因子，低的开启电场和阈值电压，高的发 射点密度，均匀的电子场发射像。
本发明的另一个目的是推出一种制备多角状纳米ZnO和碳纳米 管的复合结构的方法。为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案： 用丝网印刷方法将碳纳米管以薄膜形式涂布在硅片衬底的表面，以 ZnO粉和石墨粉与少量Zn粉的均匀混和物作为蒸发源，用热蒸发方 法蒸发蒸发源混和物，在碳纳米管薄膜上生长多角状纳米ZnO，得多 角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构。
现详细说明本发明的技术方案。
一种制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构的方法，其特 征在于，具体工艺步骤如下：
第一步 印制碳纳米管薄膜
用传统的丝网印刷技术，把有机溶液与碳纳米管混合成印刷浆 料，将所述的浆料印制在硅片衬底上，在硅片衬底上形成厚度介于 6～10μm的碳纳米管薄膜；
第二步 退火和除去有机溶液
经第一步处理的硅片衬底在N2保护下400～600℃退火30～10分 钟，除去碳纳米管薄膜内的有机溶液；
第三步 管式生长炉加热
将水平放置的管式生长炉加热到700℃～800℃；
第四步 配制蒸发源
将ZnO粉、石墨粉和Zn粉均匀混和成蒸发源，放入石英舟中， ZnO粉∶石墨粉∶Zn粉的质量比为A∶B∶0.1(A+B)，其中A＝1～2，B＝1～2；
第五步 放置石英舟
把石英舟放置在加热好的管式生长炉的中部，再把经第二步处理 的硅片衬底放入管式生长炉中距离蒸发源5～20cm处；
第六步 通入载气，进行热蒸发反应
将N2作为载气通入管式生长炉，载气的流量为0.5L/min ～3L/min，在大气压和700℃～800℃的条件下进行热蒸发反应45～15 分钟；
第七步 得产品
取出石英舟和硅片衬底，在硅片衬底上生长有一层白灰色的膜状 物质，该硅片衬底及其上的碳纳米管薄膜和膜状物质合在一起就是产 品，多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合结构。
所述的产品具有与本发明提出的多角状纳米ZnO和碳纳米管的 复合结构完全相同的结构。
本发明的技术方案的进一步特征在于，第一步中，硅片衬底是 P100型硅片。
本发明的技术方案的进一步特征在于，第三步中，管式生长炉是 由一根半径和长度分别为8cm和140cm的石英管，第六步中，载气 直接通入所述的石英管中。
本发明的技术方案的进一步特征在于，第一步中，硅片衬底是 P100型硅片，第三步中，管式生长炉是由一根半径和长度分别为8cm 和140cm的石英管，第六步中，载气直接通入所述的石英管中。
与已有技术及其合成的纳米ZnO结构相比，本发明的突出特点 是：
(1)采用硅片衬底上加一层碳纳米管薄膜作为收集热蒸发反应 生成物的复合衬底。
(2)生长温度低，最高只有800℃，反应在常压下进行，降低 了对设备的要求。
(3)生长时间短，只需15～45分钟，节约了能源。
(4)对载气的要求不高，只需要N2，不需要O2或其他气体， 而且载气的流量低。
(5)方法简单，成本低，重复性好，而且能大面积生长产品。
附图说明
图1是碳纳米管薄膜的SEM图。
图2a是表面生长有多角状纳米ZnO的碳纳米管薄膜的低倍SEM 图。
图2b是表面生长有多角状纳米ZnO的碳纳米管薄膜的高倍SEM 图。
图2c是表面生长有多角状纳米ZnO的碳纳米管薄膜的场发射 像。
具体实施方式
所有实施例均按上述的制备多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合 结构的方法的具体工艺步骤进行操作，每个实施例仅罗列关键的技术 数据。
实施例1：
第一步中，碳纳米管薄膜的厚度为6μm。第二步中，经第一步 处理的硅片衬底在N2保护下400℃退火30分钟。第三步中，管式生 长炉加热到700℃。第四步中，A＝2，B＝1，0.1(A+B)＝0.3，即ZnO粉∶石墨粉∶Zn粉质量比为2∶1∶0.3。第六步中，N2的流量为0.5L/min， 热蒸发反应时间为45分钟。
实施例2：
第一步中，碳纳米管薄膜的厚度为8μm。第二步中，经第一步 处理的硅片衬底在N2保护下500℃退火20分钟。第三步中，管式生 长炉加热到750℃。第四步中，A＝1，B＝1，0.1(A+B)＝0.2，即ZnO粉∶石墨粉∶Zn粉质量比为1∶1∶0.2。第六步中，N2的流量为1.8L/min， 热蒸发反应时间为30分钟。
实施例3：
第一步中，碳纳米管薄膜的厚度为10μm。第二步中，经第一步 处理的硅片衬底在N2保护下600℃退火10分钟。第三步中，管式生 长炉加热到800℃。第四步中，A＝1，B＝2，0.1(A+B)＝0.3，即ZnO粉∶石墨粉∶Zn粉质量比为1∶2∶0.3。第六步中，N2的流量为3L/min， 热蒸发反应时间为15分钟。
用本发明的制备方法制备的多角状纳米ZnO和碳纳米管的复合 结构特别适于用来制备场发射平板显示器等器件。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种四氧化三铁/单壁碳纳米角复合电极材料及其制备方法 | 2020-05-13 | 958 |
| 一种基于单壁碳纳米角修饰电极的电化学酶传感器制备及应用 | 2020-05-13 | 673 |
| 制造碳纳米角聚集体的方法 | 2020-05-11 | 449 |
| 一种碳包裹硫化锌纳米三角片的可控制备方法 | 2020-05-12 | 662 |
| 一种氮掺杂碳纳米角的制备方法 | 2020-05-11 | 70 |
| 利用纳米碳管控制场发射电子发散角的方法 | 2020-05-12 | 22 |
| 一种单壁碳纳米角@羟基化多壁碳纳米管电化学传感器及其在检测烯啶虫胺的应用 | 2020-05-12 | 52 |
| 三角体型荧光丝素-碳点复合纳米颗粒的制备方法 | 2020-05-13 | 902 |
| 多孔纳米碳-聚乙烯醇水凝胶人工角膜 | 2020-05-12 | 828 |
| 一种利用碳纳米角制成的除臭剂及用途 | 2020-05-11 | 428 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
