專利名稱：場(chǎng)發(fā)射陰極及照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明裝置，尤其涉及一種場(chǎng)發(fā)射照明裝置及應(yīng)用于該場(chǎng)發(fā)射照明裝置的陰極。
背景技術(shù)：
照明與人們的日常生活密切相關(guān)，通常采用的照明技術(shù)有白熾燈、熒光燈、LED照明等，其中使用較普遍的照明光源為熒光燈。
熒光燈是放電燈的一種，其是在一玻璃管中充入容易放電的氬氣及少量汞蒸氣，玻璃管內(nèi)壁涂敷有熒光物質(zhì)，玻璃管兩端設(shè)有用鎢絲制作的二螺旋或三螺旋鎢絲圈電極，電極上涂敷有用于發(fā)射電子的物質(zhì)。其發(fā)光原理如下熒光燈兩端電極加電壓時(shí)，電流流過電極并對(duì)電極加熱，電極上就會(huì)開始放電，放電產(chǎn)生的流動(dòng)電子與管內(nèi)的汞原子碰撞，發(fā)出紫外線，該紫外線激發(fā)玻璃管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)產(chǎn)生可見光。隨著熒光物質(zhì)的不同，可以發(fā)出多種多樣的光色。
但是，熒光燈照明技術(shù)采用了對(duì)人體有害的汞蒸氣，不利于環(huán)保。另一方面，熒光燈放光過程中能量轉(zhuǎn)化經(jīng)過了電-光(電子與汞原子碰撞產(chǎn)生紫外線)及光-光(紫外線激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生可見光)兩個(gè)過程，能量轉(zhuǎn)化效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種利于環(huán)保而又能量轉(zhuǎn)化效率高的場(chǎng)發(fā)射陰極及場(chǎng)發(fā)射照明裝置。
一種場(chǎng)發(fā)射陰極，其包括單根或多根包含多個(gè)碳納米管的碳納米管絲。
一種場(chǎng)發(fā)射照明裝置，其包括所述的場(chǎng)發(fā)射陰極及與該陰極相對(duì)的陽極。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的陰極的碳納米管絲表面有多根碳納米管伸出，其應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射照明裝置時(shí)，碳納米管絲表面的碳納米管尖端在電場(chǎng)作用下放出電子，撞擊陽極表面的熒光層發(fā)出可見光，達(dá)到照明效果，其能量轉(zhuǎn)化只經(jīng)過了電-光一個(gè)過程，能量轉(zhuǎn)化效率高。而且所述的照明裝置在較低真空度下，也有不錯(cuò)的發(fā)光效果。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的場(chǎng)發(fā)射照明裝置不含有對(duì)人體有害的物質(zhì)，更加環(huán)保。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例場(chǎng)發(fā)射照明裝置的立體剖面圖；圖2是抽拉碳納米管絲的示意圖；圖3是碳納米管絲的顯微照片；圖4至圖7是本發(fā)明場(chǎng)發(fā)射照明裝置的其它形式陰極的放大示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例場(chǎng)發(fā)射照明裝置的發(fā)光效果照片；具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明場(chǎng)發(fā)射照明裝置的實(shí)施例。
該場(chǎng)發(fā)射照明裝置1包括一發(fā)光管11以及設(shè)置于發(fā)光管11中心軸且位于發(fā)光管11的腔體110內(nèi)的陰極13。
該發(fā)光管11的最外層為一透明玻璃管111。該玻璃管111的內(nèi)表面設(shè)置有陽極112，其常由透明導(dǎo)電材料氧化銦錫制成。該陽極112的表面形成有熒光層113。一陽極接線柱12穿過該玻璃管111表面，其一端與該陽極112電連接，另一端與電源(圖未示)的正極相連。本實(shí)施例的發(fā)光管11的直徑為43毫米(mm)(發(fā)光管11的厚度相對(duì)于直徑很薄，可忽略不計(jì))，長(zhǎng)度為80mm。該發(fā)光管11的開口兩端分別設(shè)置有密封蓋15，用于將發(fā)光管11形成的腔體110密封。
可以理解，發(fā)光管11的尺寸可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行變更，并不限于本實(shí)施例。另外，該發(fā)光管11還可以為在玻璃管111的內(nèi)表面先涂敷一層熒光層，然后在熒光層表面蒸鍍一層鏡面鋁層，該陽極接線柱12的一端與該鏡面鋁層電連接。當(dāng)然，該發(fā)光管11還可以為其它形式，并不限于本實(shí)施例。
同樣可以理解，該發(fā)光管11與密封蓋15也可以為一體結(jié)構(gòu)，并不限于本實(shí)施例。
該陰極13由一碳納米管絲131形成。在陰極13兩端所對(duì)應(yīng)的位置分別有一陰極接線柱14穿設(shè)于發(fā)光管11的密封蓋15上，該陰極接線柱14一端與該碳納米管絲131的尾端通過粘接劑相連，另一端與電源的負(fù)極連接。因碳納米管絲較細(xì)(寬度僅為200微米(μm)左右)，為便于說明，本實(shí)施例的陰極13的碳納米管絲131并未按實(shí)際比例畫出。
可以理解，陰極13兩端也可以采取一端加電，并不限于本實(shí)施例。
制備上述的碳納米管絲131，本實(shí)施例提供一下一種方法請(qǐng)參閱圖2，制得碳納米管陣列20后，用一鑷子(圖未示)夾住一束碳納米管，施加0.1毫牛(mN)的力抽拉，由于范德華力的作用，碳納米管束端部首尾連接在一起；沿抽拉方向一碳納米管絲131形成，其寬度為200微米。
要獲得能抽拉碳納米管絲131的碳納米管陣列20，最好滿足以下三個(gè)條件1.基底表面平整光滑；2.生長(zhǎng)速率高；3.反應(yīng)前體分壓低。
經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)表明，催化劑和反應(yīng)爐的溫度差越大，生長(zhǎng)速率越高，通常至少要控制催化劑與反應(yīng)爐的溫度差在50℃以上。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，催化劑的溫度可通過乙炔的流量來控制。反應(yīng)前體的分壓可通過改變通入的乙炔與氬的比例來控制，通常反應(yīng)前體的分壓不高于0.2，最好不高于0.1。
碳納米管絲131的寬度可由抽拉工具的尖端尺寸控制，尖端尺寸越小，獲得的碳納米管絲131寬度越小。碳納米管絲131的長(zhǎng)度由碳納米管陣列20的面積決定，通常1平方厘米(cm2)的碳納米管陣列可抽拉出長(zhǎng)度為10米(m)的碳納米管絲。抽拉碳納米管絲131的力的大小由碳納米管絲131的寬度決定，寬度越大，所需的力越大。
可以理解，生長(zhǎng)碳納米管陣列所用的氬體還可用其它惰性氣體。催化劑可用其它過渡金屬，如鈷，鎳等。乙炔可用其它碳?xì)浠衔锎妫缂淄?，乙烯等?br> 請(qǐng)參閱圖3，是通過以上方法形成的碳納米管絲131的顯微照片。從照片中可以看出，在碳納米管絲131的表面會(huì)有多個(gè)碳納米管1310伸出，形成了場(chǎng)發(fā)射照明裝置1的發(fā)射尖端。其中，該碳納米管1310的直徑范圍為0.4～30納米(nm)。
本實(shí)施例場(chǎng)發(fā)射照明裝置1工作時(shí)腔體110內(nèi)的氣壓需要在10-4帕(Pa)量級(jí)范圍內(nèi)；陽極112與陰極13之間施加值為6000伏(V)，頻率為1000赫茲(Hz)，寬度為2毫秒(ms)的脈沖電壓。場(chǎng)發(fā)射照明裝置1的照明原理如下該陰極13的碳納米管絲131表面的碳納米管1310受電場(chǎng)激發(fā)后發(fā)出電子并撞擊熒光層113，使熒光層113受激發(fā)而發(fā)出可見光，光線透過該陽極112和玻璃管111到達(dá)外界，從而達(dá)到照明的效果。
本發(fā)明之場(chǎng)發(fā)射照明裝置1的陰極13還可以為其它形式，比如將纏繞在一起的多根碳納米管絲131作為場(chǎng)發(fā)射陰極33(請(qǐng)參閱圖4)、將單根碳納米管絲131纏繞于一金屬棒132表面作為場(chǎng)發(fā)射陰極53(請(qǐng)參閱圖5)、將纏繞在一起的多根碳納米管絲131纏繞于金屬棒132表面作為場(chǎng)發(fā)射陰極73(請(qǐng)參閱圖6)、將多根碳納米管絲131粘接于金屬棒132表面作為場(chǎng)發(fā)射陰極93(請(qǐng)參閱圖7)等。該金屬棒為導(dǎo)電性佳的材料，一般為銅。值得注意的是，將碳納米管絲131纏繞或粘接在金屬棒132表面形成場(chǎng)發(fā)射陰極時(shí)，要保證該碳納米管絲131的分布密度符合場(chǎng)發(fā)射條件。
請(qǐng)參閱圖8，是本實(shí)施例場(chǎng)發(fā)射照明裝置1的實(shí)物發(fā)光效果照片，從照片可以看出，該照明裝置具有與熒光燈相近的很好的照明效果。
可以理解，本發(fā)明的場(chǎng)發(fā)射照明裝置之形狀多由陽極形狀來決定，其還可以為其它形狀，比如多棱柱或球形等，并不限于本實(shí)施例的圓柱形結(jié)構(gòu)。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例的場(chǎng)發(fā)射照明裝置1采用了場(chǎng)發(fā)射發(fā)光原理，發(fā)光過程中只經(jīng)歷了電-光(電子直接激發(fā)熒光層113達(dá)到發(fā)光效果)的能量轉(zhuǎn)化過程，能量轉(zhuǎn)化效率較高。另外，本實(shí)施例相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)更加環(huán)保。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，該陰極包括單根或多根包含多個(gè)碳納米管的碳納米管絲。
2.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述的碳納米管絲是從碳納米管陣列中抽拉形成。
3.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述的多根碳納米管絲纏繞在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述的陰極進(jìn)一步包括一金屬棒，所述單根的碳納米管絲纏繞于該金屬棒表面。
5.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述的陰極進(jìn)一步包括一金屬棒，所述多根碳納米管絲纏繞或粘接在該金屬棒表面。
6.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述的碳納米管的直徑范圍為0.4～30納米。
7.一種場(chǎng)發(fā)射照明裝置，其特征在于，該場(chǎng)發(fā)射照明裝置包括權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的場(chǎng)發(fā)射陰極及與該陰極相對(duì)的陽極。
8.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)發(fā)射照明裝置，其特征在于，所述的陽極表面設(shè)置有熒光層。
9.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)發(fā)射照明裝置，其特征在于，所述的場(chǎng)發(fā)射照明裝置外形為圓柱、多棱柱或球形的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部為一腔體，所述的陰極設(shè)置于該圓柱、多棱柱或球形的結(jié)構(gòu)的主軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場(chǎng)發(fā)射陰極及采用該場(chǎng)發(fā)射陰極的場(chǎng)發(fā)射照明裝置。該場(chǎng)發(fā)射陰極包括從碳納米管陣列中抽拉出的碳納米管絲，該陰極可以由單根單根碳米管絲形成，或者多根纏繞在一起的多根碳納米管絲形成，又或者是單根或多根碳納米管絲纏繞于一金屬棒形成。該場(chǎng)發(fā)射照明裝置包括該陰極及與其相對(duì)的陽極。該場(chǎng)發(fā)射照明裝置的能量轉(zhuǎn)化只經(jīng)歷了電－光一個(gè)過程，能量轉(zhuǎn)化效率高。另外，該場(chǎng)發(fā)射照明裝置更加環(huán)保。
文檔編號(hào)H01J63/02GK1988108SQ200510121248
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者柳鵬, 魏洋, 姜開利, 張曉波, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司