(Phys.org) — Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology en de University of Maryland, Collegepark, hebben een praktische, hoogrenderende nanogestructureerde elektronenbron. Beschreven in het journaal Nanotechnologie , deze nieuwe, technologie waarvoor patent is aangevraagd, kan leiden tot verbeterde microgolfcommunicatie en radar, en meer in het bijzonder op nieuwe en verbeterde röntgenbeeldvormingssystemen voor toepassingen op het gebied van beveiliging en gezondheidszorg.

Terwijl thermionische elektronenbronnen zoals de hete filamenten in kathodestraalbuizen grotendeels zijn vervangen door LED's en vloeibare kristallen voor beeldschermen en televisies, ze worden nog steeds gebruikt om microgolven te produceren voor radar en röntgenstralen voor medische beeldvorming. Thermionische bronnen gebruiken een elektrische stroom om elektronen van het oppervlak van een draadfilament te koken, vergelijkbaar met de manier waarop een gloeilamp een elektrische stroom gebruikt om een ​​draadgloeidraad te verwarmen totdat deze gloeit.

En als een gloeilamp, thermionische bronnen zijn over het algemeen niet erg energiezuinig. Het kost veel kracht om de elektronen af ​​te koken, die alle kanten op spuwen. Degenen die niet verloren gaan, moeten worden vastgelegd en gefocust met behulp van een ingewikkeld systeem van elektrische en magnetische velden. Veldemissie-elektronenbronnen hebben veel minder stroom nodig en produceren een veel meer gerichte en gemakkelijk regelbare elektronenstroom.

Om hun veldemissiebron te bouwen, het NIST-team nam een ​​taai materiaal - siliciumcarbide - en gebruikte een chemisch proces bij kamertemperatuur om het zeer poreus te maken als een spons. Ze vormden het vervolgens in microscopische emitterende structuren in de vorm van puntige staven of vinnen met scherpe randen. Wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd, deze nieuwe veldemitters kunnen een elektronenstroom produceren die vergelijkbaar is met een thermionische bron, maar zonder alle nadelen - en met veel voordelen.

Volgens mede-uitvinder Fred Sharifi, de nieuwe veldzenders hebben inherent snelle responstijden in vergelijking met thermionische bronnen, en de afwezigheid van warmte maakt het gemakkelijker om arrays van bronnen te creëren. Bovendien, de poreuze nanostructuur van de emitters maakt ze zeer betrouwbaar. Zelfs als het emitteroppervlak tijdens gebruik slijt - een veelvoorkomend probleem - blijft het nieuw blootgestelde materiaal net zo goed werken.

Sharifi zegt dat de NIST-veldzenders het potentieel hebben om de resolutie en kwaliteit van röntgenbeelden te verbeteren en nieuwe detectiemethoden mogelijk te maken.

"Röntgenbeelden zijn gebaseerd op de dichtheid van het onderzochte materiaal, die hun vermogen om bepaalde soorten materialen te zien, beperkt, waaronder sommige soorten explosieven, " zegt Sharifi. "Onze veldzender laat ons niet alleen zien dat er iets is, maar, omdat we grote arrays kunnen bouwen en ze onder verschillende hoeken kunnen plaatsen, we kunnen het materiaal in kwestie identificeren door te kijken hoe de röntgenstralen die uit verschillende richtingen komen van het object verstrooien."