(PhysOrg.com) -- In de afgelopen jaren, onderzoekers hebben koolstofnanobuisjes en nanovezels gebruikt om een ​​verscheidenheid aan transparante, flexibele apparaten, zoals OLED's, transistoren, en zonnecellen. Maar de ontwikkeling van transparante en flexibele veldelektronenemitters gemaakt van deze nanomaterialen blijft een uitdaging. In een nieuwe studie, een team van onderzoekers uit Japan en Maleisië heeft aangetoond dat de sleutel tot de uitdaging kan liggen in de unieke geometrie van conische nanokoolstofstructuren (CNCS's).

In hun studie hebben Pradip Ghosh van het Nagoya Institute of Technology en zijn co-auteurs hebben aangetoond hoe CNCS's op een transparante, flexibele ondergrond bij kamertemperatuur. De resulterende op CNCS gebaseerde elektronenemitter zou dan kunnen worden gebruikt als een veldelektronenemissiebron (FEE) voor transparante, flexibele veldemissiedisplays (FED's). FED's zijn een nieuw soort platte beeldschermen die verschillende voordelen hebben, zoals een hoog contrast en een lager stroomverbruik dan liquid crystal displays (LCD's).

Echter, het transparant maken van FED's is erg moeilijk omdat veldelektronenemissie een zeer hoog elektrisch veld en bedrijfsspanning vereist. Om deze hoge spanning te bereiken, onderzoekers gebruiken meestal oppervlakken met een ruwe scherpe puntstructuur, aangezien het elektrische veld rond de puntgebieden wordt versterkt, waardoor de bedrijfsspanning drastisch kan worden verlaagd. Om deze reden, zoals co-auteur Masaki Tanemura van het Nagoya Institute of Technology uitlegde, robuuste oppervlaktestructuur is meestal nodig voor praktische veldelektronenemissiebronnen, maar tot dusver heeft robuustheid geen transparantie mogelijk gemaakt.

“Stel je een gezandstraalde bril voor, ” vertelde Tanemura PhysOrg.com . “Glazen zijn transparant, maar gezandstraalde glazen zijn niet te wijten aan de lichtverstrooiing door de ruwe oppervlaktestructuur. Net als bij dit voorbeeld, transparantie is voor FEE-bronnen niet mogelijk geweest.”

Door CNCS's te fabriceren die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, de onderzoekers ontdekten dat ze deze uitdaging konden overwinnen om volledig transparante en flexibele veldelektronenzenders te produceren.

"CNCS's hebben voor het eerst transparantie en flexibiliteit gegeven aan FEE-bronnen, ' zei Tanemura. “Om op CNCS gebaseerde transparante materialen te krijgen, het is zeer wenselijk om de diameter en lengte van de CNCS's te regelen. We hebben met succes de diameter en lengte van de CNCS's onder de golflengte van zichtbaar licht bij kamertemperatuur gecontroleerd met behulp van een ionenbestralingsmethode. Een zorgvuldige scanning elektronenmicroscopie (SEM) inspectie onthulde dat de diameter en lengte van de meeste CNCS's lager waren dan de golflengte van het zichtbare licht. Deze unieke structuur van de CNCS's was dus zeer nuttig om een ​​op CNCS gebaseerde transparante en flexibele veldelektronenemitter te fabriceren."

In hun experimenten, de wetenschappers bestookten een nafionsubstraat met argonionen gedurende 30 seconden bij kamertemperatuur. De bestraling produceerde uniform verdeelde CNCS's over het gehele nafion-oppervlak. De wetenschappers hebben gemeten dat individuele CNCS's een basisdiameter hadden van ongeveer 200 nanometer en een lengte/hoogte van enkele honderden nanometers, die kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht. Algemeen, de emissiekenmerken van het materiaal (de inschakel- en drempelvelden) waren vergelijkbaar met eerdere ondoorzichtige elektronenemitters.

Zoals de onderzoekers uitleggen, de nieuwe methode om CNCS's te gebruiken voor het construeren van transparante en flexibele veldelektronenemitters heeft verschillende voordelen. De methode is eenvoudig omdat deze bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd, vereist geen katalysator, en loopt het risico de ondergrond niet te beschadigen. De wetenschappers schrijven deze voordelen toe aan de unieke conische geometrie van de CNCS's.

Als volgende stap, de wetenschappers zijn van plan om een ​​transparante, flexibel fosformateriaal, die nodig is voor het waarnemen van emissie van zichtbaar licht en voor de toekomstige constructie van complete FED's. De onderzoekers voorspellen dat de techniek kan leiden tot transparante, flexibele FED's die lichtgewicht en goedkoop zijn.

“FED is een soort plat beeldscherm, ’ legde Tanemura uit. “Vergeleken met andere soorten platte beeldschermen, zoals LCD's en elektroluminescentieschermen, FED is voordelig in zijn helderheid en grootte (een enorm formaat is mogelijk).”

Hij voegde eraan toe dat transparant, flexibele FED's hebben een groot potentieel voor toepassingen, waaronder zogenaamde head-up displays en zeer intelligente informatiedisplays die worden gebruikt in de komende alomtegenwoordige wereld, wanneer computers grondig worden geïntegreerd in onze dagelijkse activiteiten.

"Bijvoorbeeld, head-up displays zullen worden gebruikt op een gebogen voorruit van voertuigen (vliegtuigen, treinen, auto's, enzovoort), integraalhelmen, bril, enzovoort, " hij zei. “Meestal is het transparant, maar verschillende soorten informatie, zoals kaarten, klant informatie, alarmen, en veiligheid, wordt op aanvraag weergegeven. In de alomtegenwoordige wereld, displays moeten opvouwbaar (oprolbaar) en licht zijn voor mobiliteit. U kunt genieten van televisie, films, spellen, communicatie, en verkrijg verschillende soorten informatie met behulp van een uitgevouwen breedbeeldscherm. Transparante en flexibele FED's maken het realistisch!”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.