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专利号: 2017108554019
申请人: 西安石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2026-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构,其特征在于,包括硅基底,垂直排列生长在硅基底上的ZnO纳米阵列,以及包覆在ZnO纳米阵列顶端的表面发射层;

所述的表面发射层由结构呈一体设置的氧化石墨烯区块和石墨烯区块组成;所述的氧化石墨烯区块在横向和/或纵向均间隔设置,剩余区域均由石墨烯区块填充;氧化石墨烯区块与不同厚度和不同还原程度的石墨烯区块相间形成微型发射区域;不同厚度和不同还原程度的石墨烯区块通过对石墨烯区块所在区域的氧化石墨烯进行还原得到石墨烯并刻蚀、减薄该区域的石墨烯来得到。

2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构,其特征在于,相邻形成十字形的五个石墨烯区块中,中间的石墨烯区块厚度最小。

3.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构,其特征在于,所述的表面发射层上的氧化石墨烯区块和石墨烯区块呈棋盘状设置。

4.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构,其特征在于,所述的表面发射层的两两相邻石墨烯区块之间厚度差最小为0.34nm,氧化石墨烯区块的厚度相同,表面发射层厚度为0.8~30nm。

5.基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,包括如下步骤,步骤1,将氧化石墨烯包覆在硅基底上生长的ZnO纳米阵列顶端;

步骤1.1,在硅基底上生长ZnO纳米阵列结构;

步骤1.2,在ZnO纳米阵列上包覆PMMA,使得ZnO纳米阵列全部位于PMMA中;

步骤1.3,通过等离子刻蚀除去ZnO纳米阵列顶端的PMMA,确保PMMA与ZnO纳米阵列的顶部平齐,形成PMMA-ZnO结构;

步骤1.4,在PMMA-ZnO结构表面包覆氧化石墨烯片形成GO-PMMA-ZnO结构;

步骤2,在GO-PMMA-ZnO结构表面制备微型图案化区域,即形成GO/G-ZnO结构;

步骤2.1,在GO-PMMA-ZnO结构上第一次横向溅射第一条状Zn薄膜以对该区域的氧化石墨烯进行还原得到第一条状石墨烯;

步骤2.2,采用HCl刻蚀第一条状Zn薄膜并减薄该区域的石墨烯;

步骤2.3,第二次纵向溅射第二条状Zn薄膜以对该区域的氧化石墨烯进行还原得到第二条状石墨烯;

步骤2.4,继续用HCl刻蚀第二条状Zn薄膜并减薄该区域的石墨烯;

步骤2.5,多次重复进行上述步骤2.1至2.4,在横向与纵向交替过程中形成GO/G-PMMA-ZnO结构;

步骤2.6,移除PMMA形成GO/G-ZnO结构。

6.根据权利要求5所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,步骤1.4中,将GO粉末超声均匀分散在水溶液中并做离心处理,得到均匀分散的氧化石墨烯溶液,通过对氧化石墨烯溶液电泳沉积将GO片均匀包覆在PMMA-ZnO纳米阵列顶端形成GO-PMMA-ZnO结构。

7.根据权利要求5所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,溅射条状Zn薄膜时,通过掩膜光刻技术,在GO-PMMA-ZnO结构顶端的GO层上采用磁控溅射制备厚度小于20nm,宽度不大于300nm的条状Zn薄膜。

8.根据权利要求5所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,使用摩尔浓度范围在0.05M-0.1M的HCl溶液刻蚀处理Zn薄膜形成条状石墨烯区域。

9.根据权利要求5所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,步骤2.5中,多次重复进行上述步骤2.1至2.4,在横向与纵向交替过程中,在GO-PMMA-ZnO结构顶端的GO层表面将形成由氧化石墨烯与各种不同层数和不同还原程度的石墨烯相间组成的微型发射区域,得到GO/G-PMMA-ZnO结构,移除PMMA形成GO/G-ZnO结构。

10.根据权利要求5所述的基于氧化石墨烯/石墨烯微型发射区域的冷阴极结构制备方法,其特征在于,还包括对结构的优化步骤,对所得样品进行场发射性能测试后,系统分析包括溅射参数、Zn薄膜厚度、条形区域宽度、减薄次数以及微型区域大小的实验参数对场发射性能的影响,同时根据场发射过程中光学形貌特征,确定不同微型区域内的电子发射密度和强度与上述因素的依赖关系,通过改变任意一个实验参数,并恒定其他实验参数,得到改变参数的最优值,依次将影响微型区域性能的所有实验参数进行优化,从而实现对微型发射区域的优化,改善其场发射性能。