碳納米材料化學氣相沉積制備及其場發(fā)射顯示器研究.pdf

1、本文以碳納米材料場發(fā)射應(yīng)用為出發(fā)點，研究碳納米材料的熱化學氣相(CVD)制備、碳納米材料陰極及其場發(fā)射特性、碳納米材料場發(fā)射顯示原型器件的制造等。探索了從碳納米材料生長、碳納米材料場發(fā)射陰極制備(含絲網(wǎng)印刷和直接生長兩種主要方法)到碳納米材料陰極FED(c-FED)原型封裝的整個工藝流程。主要包括： 1.采用自行研制開發(fā)的熱CVD系統(tǒng)，以氫氣(H2)為載氣、乙炔(C2H2)為碳源，直接利用鎳片作為基片和催化劑，實現(xiàn)了純度高、均勻

2、性好、面向場發(fā)射應(yīng)用的碳納米管/纖維(CNTs/CNFs)批量制備。從反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量、掃描電鏡(SEM)形貌、拉曼光譜等方面研究了溫度、催化劑等工藝參數(shù)對碳納米材料生長的影響，優(yōu)化得到批量生產(chǎn)適合場發(fā)射應(yīng)用CNTs/CNFs的最佳反應(yīng)條件。從理論上定性探討了金屬片上碳納米材料的生長機理。 本文開發(fā)的用于CNTs/CNFs生產(chǎn)的熱CVD系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的方法相比，避免了費時、成本高、工藝復雜的催化劑制備和產(chǎn)物純化工藝，同時有低溫生長、

3、制備工藝簡單、低成本、反應(yīng)過程容易控制、可放大等特點，具有很大的工業(yè)應(yīng)用潛力。 2.利用上述批量生產(chǎn)的碳納米材料，采用絲網(wǎng)印刷工藝和新的陰極激活方法，在普通玻璃上制備出場發(fā)射性能優(yōu)良的碳納米材料陰極，研究了這種陰極激活工藝提高場發(fā)射性能的機理。絲網(wǎng)印刷陰極在500℃，C2H2/H2氣氛中熱處理20分鐘后有效地提高了陰極的場發(fā)射性能。開啟電場從5.0V降低到1.6V，在電場為2.6V/μm時，電流密度從2.0×10-4mA/cm2

4、提高到1.0mA/cm2，同時發(fā)光密度和發(fā)射均勻性大大提高。 3.采用熱CVD方法，在生長溫度為500℃時，在玻璃襯底上實現(xiàn)了有良好場發(fā)射性能的CNTs/CNFs薄膜直接生長。研究了不同催化劑種類對碳納米材料薄膜的形貌及其場發(fā)射特性的影響，結(jié)果表明，Ni-Cu、Cu、a-C：Co等催化劑不能在低溫下生長CNTs/CNFsNi-Fe及Ni-Cr催化劑則獲得了大量較高密度的CNTs/CNFs，場發(fā)射測試顯示它們有良好的場發(fā)射特性，包

5、括較低的開啟電場2.5V/μm、較大的電流密度及較好的發(fā)光均勻性。 4.研制了場發(fā)射性能良好的小尺寸二極型碳納米材料FED原型器件。分別以低壓熒光粉和上述生產(chǎn)的CNTs/CNFs為原料，采用絲網(wǎng)印刷工藝制作陽極和陰極；通過改進真空熒光顯示器生產(chǎn)線上的低熔點玻璃封接技術(shù)，解決了材料的工藝兼容性、材料之間的匹配、吸氣劑的放置、工藝程序的優(yōu)化等，成功封裝了c-FED原型器件，實現(xiàn)了一套穩(wěn)定、可靠且低成本的高真空封裝技術(shù)。 綜上