(PhysOrg.com) -- Negli ultimi anni, ricercatori hanno utilizzato nanotubi di carbonio e nanofibre per fabbricare una varietà di materiali trasparenti, dispositivi flessibili, come gli OLED, transistor, e celle solari. Ma lo sviluppo di emettitori di elettroni di campo trasparenti e flessibili realizzati con questi nanomateriali rimane ancora una sfida. In un nuovo studio, un team di ricercatori provenienti da Giappone e Malesia ha dimostrato che la chiave della sfida potrebbe risiedere nella geometria unica delle strutture coniche di nanocarbonio (CNCS).

Nel loro studio, Pradip Ghosh del Nagoya Institute of Technology e i suoi coautori hanno dimostrato come fabbricare CNCS su un trasparente, substrato flessibile a temperatura ambiente. Il risultante emettitore di elettroni basato su CNCS potrebbe quindi essere utilizzato come sorgente di emissione di elettroni di campo (FEE) per trasparenti, display flessibili delle emissioni di campo (FED). I FED sono un nuovo tipo di display a schermo piatto che presenta numerosi vantaggi, come contrasto elevato e consumo energetico inferiore rispetto ai display a cristalli liquidi (LCD).

Però, rendere trasparenti i FED è molto difficile poiché l'emissione di elettroni di campo richiede un campo elettrico e una tensione di funzionamento molto elevati. Per ottenere questa alta tensione, i ricercatori di solito usano superfici con una struttura a punta affilata robusta poiché il campo elettrico è potenziato attorno alle regioni della punta, consentendo di ridurre drasticamente la tensione di esercizio. Per questa ragione, come ha spiegato il coautore Masaki Tanemura del Nagoya Institute of Technology, una struttura superficiale robusta è solitamente necessaria per pratiche sorgenti di emissione di elettroni di campo, ma finora la robustezza non ha consentito la trasparenza.

“Immagina i vetri sabbiati, ” ha detto Tanemura PhysOrg.com . “Gli occhiali sono trasparenti, ma i vetri sabbiati non sono dovuti alla dispersione della luce dalla struttura superficiale robusta. Simile a questo esempio, la trasparenza non è stata possibile per le fonti FEE”.

Fabbricando CNCS che sono più piccoli della lunghezza d'onda della luce visibile, i ricercatori hanno scoperto che potevano superare questa sfida per produrre emettitori di elettroni di campo completamente trasparenti e flessibili.

“I CNCS hanno dato per la prima volta trasparenza e flessibilità alle fonti di FEE, disse Tanemura. “Per ottenere materiali trasparenti basati su CNC, è altamente desiderabile controllare il diametro e la lunghezza dei CNCS. Abbiamo controllato con successo il diametro e la lunghezza dei CNCS al di sotto della lunghezza d'onda della luce visibile a temperatura ambiente utilizzando un metodo di irradiazione ionica. Un'attenta ispezione al microscopio elettronico a scansione (SEM) ha rivelato che il diametro e la lunghezza della maggior parte dei CNCS erano inferiori alla lunghezza d'onda della luce visibile. Quindi questa struttura unica dei CNCS è stata molto utile per fabbricare un emettitore di elettroni di campo trasparente e flessibile basato su CNCS.

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno bombardato un substrato di nafion con ioni di argon per 30 secondi a temperatura ambiente. L'irradiazione ha prodotto CNCS uniformemente distribuiti su tutta la superficie di nafion. Gli scienziati hanno misurato che i singoli CNCS avevano un diametro di base di circa 200 nanometri e una lunghezza/altezza di poche centinaia di nanometri, che è più piccola della lunghezza d'onda della luce visibile. Globale, le caratteristiche di emissione del materiale (i suoi campi di attivazione e soglia) erano paragonabili ai precedenti emettitori di elettroni opachi.

Come spiegano i ricercatori, il nuovo metodo di utilizzo dei CNCS per la costruzione di emettitori di elettroni di campo trasparenti e flessibili presenta numerosi vantaggi. Il metodo è semplice in quanto può essere eseguito a temperatura ambiente, non necessita di catalizzatore, e non rischia di danneggiare il supporto. Gli scienziati attribuiscono questi vantaggi alla geometria conica unica dei CNCS.

Come passo successivo, gli scienziati hanno in programma di fabbricare un trasparente, materiale flessibile del fosforo, che è necessario per osservare l'emissione di luce visibile e per la futura costruzione di FED completi. I ricercatori prevedono che la tecnica potrebbe portare a risultati trasparenti, FED flessibili, leggeri ed economici.

“FED è una sorta di display a schermo piatto, ” ha spiegato Tanemura. “Rispetto ad altri tipi di display a schermo piatto come LCD e display a elettroluminescenza, La FED è vantaggiosa in termini di luminosità e dimensioni (è possibile una dimensione enorme).”

Ha aggiunto che trasparente, i FED flessibili hanno un grande potenziale per applicazioni tra cui i cosiddetti display head-up e display di informazioni altamente intelligenti utilizzati nel prossimo mondo onnipresente, quando i computer diventano completamente integrati nelle nostre attività quotidiane.

"Per esempio, display head-up saranno utilizzati su un vetro anteriore curvo dei veicoli (aerei, treni, macchine, e così via), caschi integrali, spettacoli, e così via, " Egli ha detto. “Di solito è trasparente, ma informazioni di vario genere, come mappe, informazioni per il cliente, allarmi, e sicurezza, verrà visualizzato su richiesta. Nel mondo onnipresente, i display dovrebbero essere pieghevoli (arrotolabili) e leggeri per la mobilità. Puoi goderti la TV, film, Giochi, comunicazione, e ottenere vari tipi di informazioni utilizzando un ampio schermo aperto. FED trasparenti e flessibili lo rendono realistico!”

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