Het verbeteren van de elektronenemissie van meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT) is de sleutel voor toepassingen variërend van koude kathoden die worden gebruikt in elektronenmicroscopen met hoge resolutie tot draagbare röntgenbeeldvormingssystemen. In een onlangs gepubliceerd artikel in Nanotechnologie , een team onder leiding van professor My Ali El Khakani, van het Energie Matériaux Télécommunications Research Center van INRS (INRS-EMT), heeft een originele benadering gerapporteerd voor de ontwikkeling van nieuwe grafenated-MWCNT's met verbeterde veldelektronenemissie (FEE) eigenschappen.

De uiteinden van deze MWCNT's zijn gemaakt van ingezette grafeenvellen. Door die grafeenplaten op de juiste manier te versieren met gouden nanodeeltjes, het INRS-EMT-team was in staat om de dichtheid van elektronen-emitterende locaties aanzienlijk te verhogen, en daardoor hun FEE-prestaties te verbeteren. Een transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)-afbeelding van deze indrukwekkende nanohybride FEE-structuren werd door de tijdschriftredacteur gekozen om op de voorpagina van de Nanotechnologie logboek.

De MWCNT's zijn uitstekende veldelektronenemitters vanwege hun stabiliteit en elektronische geleiding bij kamertemperatuur, maar er zijn nog steeds uitdagingen om hun emissiestroom te maximaliseren bij het laagst mogelijke aangelegde elektrische veld. In deze context, het door INRS-onderzoekers ontwikkelde groeiproces in twee stappen bleek de FEE-prestaties van deze nieuwe koude elektronen-emitterende kathodes effectief te verbeteren.

Het team gebruikte een plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD)-proces om de koolstofnanobuisjes te laten groeien, terwijl de plasmagroeiomstandigheden worden geoptimaliseerd om MWCNT's te produceren met tips gemaakt van ingezette grafeenvellen. In een tweede stap, door gebruik te maken van hun expertise op het gebied van laserablatie, ze versierden deze grafenated-MWCNT (g-MWCNT) -structuren met gouden nanodeeltjes met een diameter van 2-3 nm (Au-NP). De nieuwe nanohybride structuren (g-MWCNT/Au-NP) hebben een significant hogere dichtheid van elektronen-emitterende plaatsen, wat de veldelektronenemissie aanzienlijk verbetert. "De unieke elektronische structuur van grafeen samen met zijn specifieke oppervlaktetopografie maken het een ideaal substraat voor decoratie met gouden nanodeeltjes. Die Au-NP dragen positief bij aan het FEE-proces door de verbetering van het lokale elektronenveld, wat op zijn beurt de elektronenemissie van deze g-MWCNT/Au-NP nanohybride maximaliseert, " legt professor El Khakani uit.

De ontwikkeling van deze nieuwe nanohybride emitters opent nieuwe perspectieven voor hun toepassing als koude kathodes in draagbare, lage spanning, zeer briljante elektronenbronnen.