一种表面化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法

摘要

本发明提供一种表面化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法，属于碳纳米管场致发射阴极技术，解决现有技术存在的不足，改善碳纳米管的电子传导和发射能力和碳纳米管薄膜与衬底电极接的触问题。制备方法包括：碳纳米管经过纯化、切短、分散处理，再通过敏化、活化，在碳纳米管表面形成贵金属催化中心，接着利用化学镀法在碳纳米管表面形成金属层，然后将表面化学镀金属的碳纳米管配制成分散均匀、稳定的碳纳米管电泳液，最后采用脉冲电泳沉积制备碳纳米管阴极。这种表面化学镀金属的碳纳米管具有良好的电子传导和发射能力，且碳纳米管场致发射阴极与衬底电极能够形成良好的附着，易实现大面积、图形化、均匀性碳纳米管场致发射阴极的制备。

主权项

1.一种表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法，其特征在于：将碳纳米管经过纯化、切短、分散处理，再通过敏化、活化处理，在碳纳米管表面形成贵金属催化中心，接着利用化学镀法在碳纳米管表面形成金属或金属层，然后将表面具有化学镀金属或金属层的碳纳米管与有机物混合制备成碳纳米管浆料，取碳纳米管浆料加入电泳溶剂中配制成分散均匀、稳定的碳纳米管电泳液，最后采用水平电泳装置与脉冲电泳沉积法制备表面化学镀金属碳纳米管场致发射阴极，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述碳纳米管的长度为0.1～50 μm，直径为1～50 nm；所述制备方法的具体过程包括：（1）碳纳米管处理：通过步骤a将碳纳米管纯化、切短，再通过步骤b将碳纳米管分散处理，之后通过步骤c对碳纳米管敏化、活化处理：a、碳纳米管纯化、切短处理：将碳纳米管放置于温度为60～140℃的65 wt%浓硝酸和98.3 wt%浓硫酸的混合酸中，并搅拌或超声分散作用0.5～10h，其中碳纳米管的浓度为0.5～20 g/L；过滤碳纳米管，用去离子水反复冲洗，直至pH值为中性，最后在80～120℃温度下将纯化、切短处理后的碳纳米管烘干；b、碳纳米管分散处理：将步骤a纯化、切短、干燥后的碳纳米管放置于浓度为0.1g～20g/L的分散剂水溶液中，超声分散2～20 h，使碳纳米管分散为均匀的悬浮液B1，所述悬浮液中碳纳米管的浓度为0.1～20 g/L；c、碳纳米管的敏化、活化处理：采用胶体钯一步敏化、活化法或者经过敏化、活化两步法对步骤b处理后的碳纳米管分散悬浮液进行敏化、活化处理，使得碳纳米管表面具有贵金属活化中心；（2）碳纳米管的表面化学镀金属：所述碳纳米管表面化学镀金属的步骤包括：先配置化学镀主盐混合溶液E1和化学镀还原混合溶液E2，之后将步骤（1）活化处理后的碳纳米管0.1～5 g加入1L主盐混合溶液E1中，通过外力作用形成均匀的悬浮液E3，浓度为0.1～10 g/L，之后将1体积的化学镀还原混合溶液E2加入1体积的悬浮液E3中，化学镀时间为5min～10 h，根据原料不同，化学镀溶液呈碱性或酸性，所述碱性化学镀溶液pH值为8～12，所述酸性化学镀溶液pH值为4～6；温度为0～90℃；最后通过离心分离或者真空抽滤将表面化学镀金属的碳纳米管分离， 80～120℃下烘干；得到表面具有化学镀金属的碳纳米管粉末；所述主盐混合溶液E1的原料各组分配比为：金属盐～0.2 mol/L、主盐络合剂～0.5mol/L、pH值缓冲剂0～mol/L、分散剂0～1g/L、稳定剂0～10 mg/L，溶剂为去离子水；所述化学镀还原混合溶液E2的原料各组分配比为：还原剂～0.3 mol/L、pH值缓冲剂0～mol/L、溶剂为去离子水；（3）改性后的碳纳米管电泳液的制备：先制备具有粘稠性的有机浆料F1，之后在有机浆料F1中加入步骤（2）得到的表面具有化学镀金属的碳纳米管粉末分散成碳纳米管浆料F2，最后取碳纳米管浆料F2加入电泳液溶剂中，并添加金属离子辅助盐类超声分散制成碳纳米管电泳液F3：所述制备具有粘稠性的有机浆料F1的具体过程是：取乙基纤维素10～20g、松油醇300～500mL、聚乙烯吡咯烷酮 0～3g，混合在一起，温度为60～120℃，通过搅拌或超声分散2～24 h，使得各种材料均匀混合，制备得到具有一定粘稠性的有机浆料F1；在100 mL有机浆料F1中加入步骤（2）得到的表面具有化学镀金属的碳纳米管粉末1～5 g，经过搅拌器的搅拌10～30 min，转移到球磨罐中球磨2～40 h或者置于细胞粉碎机粉碎30 min～24 h，使得碳纳米管均匀地分散在有机浆料中以制备得到碳纳米管浆料F2；取1～10 mL碳纳米管浆料F2作为溶质加入1L的电泳液溶剂中，并加入无机金属盐，所述加入无机金属盐的含量为0.01- 4g/L；所述的无机金属盐为提供荷电金属离子的盐类，超声细胞粉碎或超声分散形成均匀的碳纳米管电泳液；（4）脉冲电泳沉积法制备碳纳米管阴极：利用脉冲电泳沉积法，将碳纳米管沉积到具有图形化的衬底电极表面；其中将需要沉积上的阴极表面为电泳阴极与脉冲电源的负极相连，具有导电性质的电极作为电泳阳极与脉冲电源输出的另一端相连；其中，脉冲电源的参数为脉冲电压：0～±40V；脉冲频率：0～50MH_Z；脉冲电源占空比：0～100 %；脉冲电泳时间：0.5～20 min；脉冲电源是单正脉冲电源或者双正、负脉冲电源，其中双正、负脉冲电源的正向电流、电压调节、负向电流、电压均可独立调节；电泳完后，取出电泳阴极即碳纳米管场致发射阴极自然烘干后，在200-400 ℃下烘干得到表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极。