柔性场发射冷阴极的制备方法及柔性场发射设备与流程

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种柔性场发射冷阴极的制备方法及柔性场发射设备。

背景技术

随着柔性显示技术的发展，可卷曲、可折叠的柔性场发射显示器件(fed)具有广泛的发展前景。场发射显示器相比于目前广泛采用的液晶显示器(lcd)，具有亮度高、响应速度快、视角广、颜色更加逼真、功耗低等优点。冷阴极作为柔性场发射显示器的核心部件，是当前柔性电子器件的研究热点之一。此外，冷阴极还可以用作x射线源，具有传统热阴极射线源无法比拟的优势。

氧化锌(zno)是宽禁带(3.37ev)直接带隙半导体，纳米结构的氧化锌线具有较高的长径比、良好的热稳定性、化学稳定性和抗辐射性能，成为凝聚态物理和材料研究领域的热点，在场发射领域具有广阔的应用前景。当前，垂直阵列结构的氧化锌纳米线的制备多采用液相的溶剂热法或气相的催化剂辅助生长法。这些制备方法的流程相对繁琐，并且容易受到设备尺寸的限制，无法进行大面积的制备，从而限制了其应用。

鉴于此，确有必要发明一种柔性场发射冷阴极的制备方法及柔性场发射设备，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、成本低的柔性场发射冷阴极的制备方法及使用该冷阴极的柔性场发射设备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种柔性场发射冷阴极的制备方法，包括如下步骤：

s1，选取金属锌箔作为柔性衬底；

s2，将金属锌箔进行加热处理，使金属锌箔的表面生成氧化锌纳米线阵列，该氧化锌纳米线阵列即为柔性场发射冷阴极。

作为本发明进一步改进的技术方案，步骤s1中的金属锌箔需要先进行打磨和超声处理，然后取出、晾干。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属锌箔放在乙醇或丙酮溶液中进行超声处理。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属锌箔进行超声处理的时间为30～90秒。

作为本发明进一步改进的技术方案，步骤s2具体为：将金属锌箔置于马弗炉中，在预设温度下进行热氧化，使金属锌箔的表面生成氧化锌纳米线阵列，该氧化锌纳米线阵列即为柔性场发射冷阴极。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述预设温度为300～750摄氏度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属锌箔热氧化的时间为0.5～8小时。

作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤s2中，所述氧化锌纳米线阵列垂直分布于所述金属锌箔的表面。

为了实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：一种柔性场发射设备，包括阴极、阳极以及将所述阴极和所述阳极平行隔开的绝缘的云母片，所述阴极为前述氧化锌纳米线阵列。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述阳极为表面溅射铜层的柔性pet膜。

本发明的有益效果是：本发明通过将金属锌箔进行加热处理，以生成垂直阵列的氧化锌纳米线阵列，从而可得到柔性场发射冷阴极；此方法制备简单、成本低，可进行大面积的制备，从而更适应于工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔表面的氧化锌纳米线阵列的扫描电镜(sem)图。

图2为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔表面的氧化锌纳米线阵列的x射线衍射(xrd)图。

图3为本发明实施例3中垂直分布于凹面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图4为本发明实施例3中垂直分布于平面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图5为本发明实施例3中垂直分布于凸面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图6为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列在凹面型、平面型和凸面型下的场发射电流密度-电场强度(j-e)曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种柔性场发射冷阴极的制备方法及使用该柔性场发射冷阴极的柔性场发射设备。

柔性场发射冷阴极的制备方法，主要包括以下步骤：

s1，选取金属锌箔作为柔性衬底；

s2，将金属锌箔进行加热处理，使金属锌箔的表面生成氧化锌纳米线阵列，该氧化锌纳米线阵列即为柔性场发射冷阴极。

其中，步骤s1中的金属锌箔还需要先进行打磨和超声处理，然后取出、晾干。具体来讲，先对金属锌箔进行打磨处理，以去除金属锌箔表面的氧化层；然后再将金属锌箔放入乙醇或丙酮溶液中进行超声处理，且超声处理的时间为30～90秒；最后将金属锌箔取出、晾干。

步骤s2具体为：将金属锌箔放入马弗炉中，在预设温度下热氧化一段时间，使金属锌箔的表面生成氧化锌纳米线阵列，该氧化锌纳米线阵列即为柔性场发射冷阴极。较佳地，所述预设温度为300～750摄氏度，所述金属锌箔热氧化的时间为0.5～8小时。

在步骤s2中，所述氧化锌纳米线阵列垂直分布于金属锌箔的表面。

所述柔性场发射设备包括阴极、阳极以及将所述阴极和所述阳极平行隔开的绝缘的云母片，所述阴极为垂直分布于金属锌箔表面的氧化锌纳米线阵列，所述阳极为表面溅射铜层的柔性pet膜，用厚度约为280微米绝缘的云母片将两电极平行隔开，从而制成了柔性场发射设备，该柔性场发射设备的场发射面积为16平方厘米。获得柔性场发射设备后，还需测试当金属锌箔为凹面型、平面型和凸面型时的场发射电流密度-电场强度(j-e)曲线，以此来获得氧化锌纳米线阵列在对应状态下的开启电压。

本发明的柔性场发射冷阴极的制备方法具有6种实施方式，以下说明书部分将对这6种实施方式进行详细说明。

实施例1

步骤1，以金属锌箔作为柔性衬底，先用砂纸打磨，除去表面的氧化层；

步骤2，将金属锌箔放入乙醇或丙酮溶液中超声处理30秒，随后取出、晾干；

步骤3，将晾干后的金属锌箔置于马弗炉中，在空气气氛中300摄氏度的温度下热氧化0.5小时后，金属锌箔上生长出氧化锌纳米线阵列，该氧化锌纳米线阵列即为柔性场发射冷阴极。

实施例2

采用与实施例1相似的方法制备得到柔性场发射冷阴极，区别仅在于：步骤2中超声处理时间为60秒，步骤3中在空气气氛中300摄氏度的温度下热氧化2小时。

实施例3

采用与实施例1相似的方法制备得到柔性场发射冷阴极，区别仅在于：步骤2中超声处理时间为60秒，步骤3中在空气气氛中400摄氏度的温度下热氧化4小时。

实施例4

采用与实施例1相似的方法制备得到柔性场发射冷阴极，区别仅在于：步骤2中超声处理时间为60秒，步骤3中在空气气氛中500摄氏度的温度下热氧化6小时。

实施例5

采用与实施例1相似的方法制备得到柔性场发射冷阴极，区别仅在于：步骤2中超声处理时间为60秒，步骤3中在空气气氛中600摄氏度的温度下热氧化8小时。

实施例6

采用与实施例1相似的方法制备得到柔性场发射冷阴极，区别仅在于：步骤2中超声处理时间为60秒，步骤3中在空气气氛中750摄氏度的温度下热氧化8小时。

图1为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔表面的氧化锌纳米线阵列的扫描电镜(sem)图，从图1中可以看出，氧化锌纳米线阵列垂直分布于金属锌箔表面，氧化锌纳米线阵列中的氧化锌纳米线的平均直径约为30纳米，并且氧化锌纳米线越靠近金属锌箔越粗，呈现锥状结构。

图2为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔表面的氧化锌纳米线阵列的x射线衍射(xrd)图，从图2中可以看出，衍射峰在2θ为31.8°、34.4°、36.3°、47.6°、56.6°、62.9°、66.4°、67.9°、69.1°、72.5°和77.0°的位置上分别对应着纤锌矿结构的氧化锌晶体的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)、(004)和(202)晶面，衍射峰的峰型非常尖锐，说明在空气气氛中制备的氧化锌纳米线阵列具有非常高的结晶度。

图3为本发明实施例3中垂直分布于凹面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图4为本发明实施例3中垂直分布于平面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图5为本发明实施例3中垂直分布于凸面型金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列示意图。

图6为本发明实施例3中垂直分布于金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列在凹面型、平面型和凸面型下的场发射电流密度-电场强度(j-e)曲线。从图6可以看出：氧化锌纳米线阵列的开启电压eto(定义产生电流密度为10μa/cm²时的电场强度)在凹面型、平面型和凸面型状态下分别为4.86、4.82和/4.57v/μm。从而说明本发明所制备的垂直分布于金属锌箔上的氧化锌纳米线阵列可以作为柔性场发射材料，实现场发射的柔性化。

综上所述，本发明通过对金属锌箔进行热氧化，以生成氧化锌纳米线阵列，从而就得到了场发射冷阴极；制备方法简单、成本低，可进行大面积的制备，从而更适应于工业生产。同时，金属锌箔上生长的垂直阵列的氧化锌纳米线阵列还可以作为场发射阴极应用于场发射显示技术和x射线源领域。

以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。