Koniske nanocarbonstrukturer kan føre til fleksible, gennemsigtige feltemissionsdisplays

(PhysOrg.com) -- I løbet af de sidste mange år, forskere har brugt kulstof nanorør og nanofibre til at fremstille en række forskellige gennemsigtige, fleksible enheder, såsom OLED'er, transistorer, og solceller. Men udviklingen af ​​gennemsigtige og fleksible feltelektronemittere lavet af disse nanomaterialer er stadig en udfordring. I en ny undersøgelse, et team af forskere fra Japan og Malaysia har vist, at nøglen til udfordringen kan ligge i den unikke geometri af koniske nanocarbonstrukturer (CNCS'er).

I deres undersøgelse, Pradip Ghosh fra Nagoya Institute of Technology og hans medforfattere har demonstreret, hvordan man fremstiller CNCS'er på en gennemsigtig, fleksibelt underlag ved stuetemperatur. Den resulterende CNCS-baserede elektronemitter kunne derefter bruges som en feltelektronemissionskilde (FEE) til transparent, fleksible feltemissionsdisplays (FED'er). FED'er er en ny slags fladskærm, der har flere fordele, f.eks. høj kontrast og lavere strømforbrug end LCD -skærme.

Imidlertid, at gøre FED'er gennemsigtige er meget vanskeligt, da feltelektronemission kræver et meget højt elektrisk felt og driftsspænding. For at opnå denne højspænding, forskere bruger normalt overflader med en robust skarp spidsstruktur, da det elektriske felt forstærkes omkring spidsområderne, gør det muligt at reducere driftsspændingen dramatisk. Af denne grund, som medforfatter Masaki Tanemura fra Nagoya Institute of Technology forklarede, robust overfladestruktur er normalt nødvendig for praktiske feltemissionskilder, men hidtil har robusthed ikke givet mulighed for gennemsigtighed.

"Forestil dig sandblæste briller, ” fortalte Tanemura PhysOrg.com . "Brillerne er gennemsigtige, men sandblæste glas skyldes ikke lysspredningen ved den robuste overfladestruktur. I lighed med dette eksempel, gennemsigtighed har ikke været mulig for FEE-kilder."

Ved at fremstille CNCS'er, der er mindre end bølgelængden af ​​synligt lys, forskerne fandt ud af, at de kunne overvinde denne udfordring ved at producere fuldt gennemsigtige og fleksible feltelektronemittere.

"CNCS'er har givet FEE-kilder gennemsigtighed og fleksibilitet for første gang, " sagde Tanemura. "For at få CNCS-baserede gennemsigtige materialer, det er yderst ønskeligt at kontrollere diameteren og længden af ​​CNCS'erne. Vi har med succes kontrolleret diameteren og længden af ​​CNCS'erne under bølgelængden af ​​synligt lys ved stuetemperatur ved hjælp af en ionbestrålingsmetode. En omhyggelig scanning elektronmikroskopi (SEM) inspektion afslørede, at diameteren og længden af ​​de fleste af CNCS'erne var lavere end bølgelængden af ​​det synlige lys. Derfor var denne unikke struktur af CNCS'erne meget nyttig til at fremstille en CNCS-baseret transparent og fleksibel feltelektronemitter."

I deres eksperimenter, forskerne bombarderede et nafion-substrat med argonioner i 30 sekunder ved stuetemperatur. Bestrålingen producerede ensartet fordelte CNCS'er over hele nafions overflade. Forskerne målte, at individuelle CNCS'er havde en basisdiameter på omkring 200 nanometer og en længde/højde på et par hundrede nanometer, som er mindre end bølgelængden af ​​synligt lys. Samlet set, materialets emissionskarakteristika (dets tændings- og tærskelfelter) var sammenlignelige med tidligere uigennemsigtige elektronemittere.

Som forskerne forklarer, den nye metode til at bruge CNCS'er til at konstruere transparente og fleksible feltelektronemittere har flere fordele. Metoden er enkel, idet den kan udføres ved stuetemperatur, kræver ikke en katalysator, og risikerer ikke at beskadige underlaget. Forskerne tilskriver disse fordele den unikke koniske geometri af CNCS'erne.

Som et næste skridt, forskerne planlægger at fremstille en gennemsigtig, fleksibelt fosformateriale, som er nødvendigt for at observere emission af synligt lys og for den fremtidige konstruktion af komplette FED'er. Forskerne forudsiger, at teknikken kan føre til gennemsigtig, fleksible FED'er, der er lette og billige.

"FED er en slags fladskærm, ” forklarede Tanemura. ”Sammenlignet med andre typer fladskærme, såsom LCD -skærme og elektroluminescensdisplays, FED er fordelagtig i sin lysstyrke og størrelse (en enorm størrelse er mulig).

Han tilføjede, at gennemsigtig, fleksible FED'er har et stort potentiale for applikationer, herunder såkaldte head-up-skærme og meget intelligente informationsskærme, der bruges i den kommende allestedsnærværende verden, når computere bliver grundigt integreret i vores daglige aktiviteter.

"For eksempel, head-up displays vil blive brugt på et buet frontglas af køretøjer (fly, tog, biler, og så videre), helhjelme, briller, og så videre, " han sagde. "Normalt er det gennemsigtigt, men forskellige former for information, såsom kort, kunde information, alarmer, og sikkerhed, vil blive vist efter behov. I den allestedsnærværende verden, displays skal være foldbare (rullbare) og lette for mobilitet. Du kan nyde tv, film, spil, meddelelse, og få forskellige former for information ved hjælp af en udfoldet bredskærm. Gennemsigtige og fleksible FED'er gør det realistisk!"

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.