发明名称 具有增进电子场发射性质之以奈米管为主之材料的制造方法
摘要 本发明提供一种方法,其系用于减少奈赤结构或含奈米管之材料之电子功函数、减少临界场发射值、将半导体性质转换成金属性质、增加Fermi级之电子密度状态及增加电子发射处密度,该方法包含:在含奈米管之材料内形成开孔;将一外来物导入至少某些开孔内,例如一硷金属;及封闭开孔,藉此形成填有外来物之碳奈米管胶囊,及利用诸胶囊以形成场发射阴及平面板显示器。
申请公布号 TW564238 申请公布日期 2003.12.01
申请号 TW091136522 申请日期 2002.12.18
申请人 北卡罗利那大学 发明人 欧图Z 索
分类号 C01B31/02 主分类号 C01B31/02
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种制造方法,其包含:(a)产生含有封闭式结构之未加工奈米结构或含奈米管之材料;(b)洗净未加工材料;(c)处理净化后之材料,藉此形成开孔于封闭式结构内;(d)将一含有电子供体或电子受体之外来物导入至少某些开孔内;及(e)封闭开孔,藉此形成填以外来物之胶囊。2.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生单壁式含碳奈米管材料。3.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生多壁式含碳奈米管材料。4.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含指向性生长碳奈米管于一支持件表面上。5.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生具有傅勒烯型(fullerene-type)结构之碳奈米粒子。6.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生具有BxCyNz成分之奈米管结构,其中B=硼,C=碳,及N=氮。7.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生具有MS2成分之奈米管结构,其中M=钨、钼或钒氧化物。8.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(a)包含产生具有MS2成分之同中心傅勒烯结构,其中M=钨、钼或钒氧化物。9.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(b)包含将未加工之材料进行超音波过滤。10.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(b)包含在一酸性介质内将未加工之材料进行一回流程序。11.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(b)包含先在一酸性介质内将未加工之材料进行一回流程序,随后过滤。12.如申请专利范围第11项之方法,其中酸性介质包含水中之过氧化氢,且过氧化氢之浓度为1-40体积百分比。13.如申请专利范围第12项之方法,其中10-100毫升之过氧化氢导入介质内,以用于每1-10毫克之碳奈米管,及回流反应系以20-100℃温度实施。14.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(b)包含在空气中或在300-600℃温度之氧环境中将未加工材料氧化。15.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(c)包含净化后之材料在一酸性介质内之超音波处理。16.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(c)包含研磨该净化后之材料。17.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(c)包含以离子轰击该净化后之材料,随后在一酸性介质内将材料进行超音波处理。18.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(c)包含将该净化后之材料进行电浆蚀刻。19.如申请专利范围第18项之方法,其中电浆蚀刻包含以氢或氧电浆蚀刻。20.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)之外来物包含至少一硷金属或一硷金属之合金。21.如申请专利范围第20项之方法,其中该至少一硷金属包含锂、钠、钾、铷或铯。22.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)之外来物包含镁、钙、锶、钡、或其合金等至少一者。23.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)之外来物包含钪、钇、铁、钴、镍、铜、或其合金等至少一者。24.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)之外来物包含路易士(Lewis)酸、卤素混合物、金属氯化物、金属溴化物、金属氟化物、金属卤氧化物、酸性氧化物、及强酸等至少一者。25.如申请专利范围第24项之方法,其中路易士酸包含卤素溴,酸性氧化物包含N2O5或SO3,及强酸包含HNO3或HsSO4。26.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)之外来物包含铯。27.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)包含外来物之气态输送。28.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)包含外来物自一源处蒸发。29.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)包含含有外来物之化学物与处理后之净化材料之固态反应。30.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(d)包含外来物与处理后之净化材料之间之电化学反应。31.如申请专利范围第1项之方法,其中步骤(e)包含形成钝化层,以将外来物围封于填充胶囊内。32.如申请专利范围第31项之方法,其中钝化层系藉由将填充胶囊扩散于一溶剂内而形成。33.如申请专利范围第31项之方法,其中钝化层系藉由将填充胶囊曝露于氧或含氧气体而形成。34.如申请专利范围第1项之方法,进一步包含:(f)自填充胶囊之外表面去除反应产物。35.如申请专利范围第1项之方法,进一步包含:(f)藉由胶囊之网版印刷、电泳沉积、旋涂、铸造、喷涂或溅击,以形成一场发射阴极。36.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(d)后产生之材料具有一化学成分AxC,其中x等于0至1,及A为外来物,其包含以下之至少一者:锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、钪、钇、铁、钴、镍、铜、或其合金;路易士酸;卤素混合物;金属氯化物;金属溴化物;金属氟化物;金属卤氧化物;酸性氧化物;及强酸。37.如申请专利范围第36项之方法,其中在步骤(e)后产生之材料具有一化学成分AxC,其中x等于0至1,及A为外来物,其包含以下之至少一者:锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、钪、钇、铁、钴、镍、铜、或其合金;路易士酸;卤素混合物;金属氯化物;金属溴化物;金属氟化物;金属卤氧化物;酸性氧化物;及强酸。38.如申请专利范围第36项之方法,其中路易士酸包含卤素溴,酸性氧化物包含N2O5或SO3,及强酸包含HNO3或HsSO4。39.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(d)后产生之材料具有一小于5.5eV之电子功函数。40.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(d)后产生之材料具有一小于4eV之电子功函数。41.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(d)后产生之材料具有一小于3eV之电子功函数。42.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(e)后产生之材料具有一小于5eV之电子功函数。43.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(e)后产生之材料具有一小于4eV之电子功函数。44.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(e)后产生之材料具有一小于3eV之电子功函数。45.如申请专利范围第1项之方法,进一步包含藉由控制外来物之插入量,以改变步骤(d)后所产生材料之电子功函数达到0至3eV。46.如申请专利范围第1项之方法,进一步包含藉由控制外来物之插入量,以改变步骤(e)后所产生材料之电子功函数达到0至3eV。47.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(d)后产生之材料具有金属性。48.如申请专利范围第1项之方法,其中在步骤(e)后产生之材料具有金属性。49.一种减少含碳奈米管材料之电子功函数、减少临界场发射値、将半导体性质转换成金属性质、增加Fermi级之电子密度状态及增加电子发射处密度之方法,该方法包含:(a)在含碳奈米管材料内形成开孔;(b)将一外来物导入至少某些开孔内,其包含一硷金属、一硷土金属、一硷金属混合物、一硷土金属混合物或硷金属与硷土金属之一混合物;及(c)封闭开孔,藉此形成填有外来物之碳奈米管胶囊。50.如申请专利范围第49项之方法,其中步骤(a)包含在一酸性介质内将含碳奈米管材料氧化,或研磨含碳奈米管材料。51.如申请专利范围第50项之方法,其中步骤(c)包含藉由将填充后之含碳奈米管材料扩散于一溶剂内而形成钝化层。52.如申请专利范围第1项之方法,其进一步包含:(d)形成一场发射平面板显示元件,其至少一部分包含胶囊。53.一种制造方法,其包含:(a)产生一沿着垂直方向之碳奈米管于一支持件表面上;(b)施加一绝缘层;(c)开启奈米管之顶部;(d)将一外来物导入开孔状顶部及奈米管之内部空间中;(e)封闭奈米管之开孔状顶部;及(f)将填充后之奈米管活化。54.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(a)包含利用化学气体沉积产生奈米管。55.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(b)中之绝缘层包含一聚合物。56.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(c)包含蚀刻。57.如申请专利范围第56项之方法,其中步骤(c)包含化学蚀刻、氢电浆蚀刻或氧电浆蚀刻。58.如申请专利范围第57项之方法,其中步骤(c)包括去除至少一部分绝缘层。59.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(d)包含外来物之蒸发。60.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(d)包含外来物之电化学反应。61.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(e)包含形成钝化层,以封闭开孔端。62.如申请专利范围第53项之方法,其中步骤(f)包含将填充后之奈米管曝露于氢电浆。63.一种电子场发射装置,其包含利用申请专利范围第49项之方法形成之胶囊。64.如申请专利范围第63项之装置,其中装置包含一x射线管、一气体放电管、一发光装置、一微波放大器、一离子枪或一电子束微影蚀刻装置。65.一种制造物件,其包含利用申请专利范围第1项之方法形成之胶囊,该物件具有一电子发射导通场,以取得小于2V/m之电子发射电流密度0.01mA/cm2。66.如申请专利范围第65项之物件,其中导通场系小于1V/m。67.如申请专利范围第65项之物件,其中导通场系小于0.5V/m。68.一种制造物件,其包含利用申请专利范围第1项之方法形成之胶囊,该物件可维持电子发射于一超过1mA/cm2之电流密度。69.如申请专利范围第68项之物件,其中可维持电子发射于一超过10mA/cm2之电流密度。70.如申请专利范围第68项之物件,其中可维持电子发射于一超过100mA/cm2之电流密度。图式简单说明:图1系原有与铯插入单壁式碳奈米管之Fermi级附近之光放射光谱;图2揭示针对不同铯沉积时间之原有与铯插入单壁式碳奈米管束之次级电子临界区周围之光放射光谱;图3系依本发明原理而执行之方法之简示图;图4系依本发明原理而执行之变换方法之简示图;图5系纯单壁式碳奈米管之显微影像;图6系处理10小时后之单壁式碳奈米管之显微影像;及图7系处理24小时后之单壁式碳奈米管之显微影像。
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