L'emettitore di campo in carburo di silicio del NIST produce un flusso di elettroni paragonabile a sorgenti calde, ma senza bisogno di calore. Sciogliendo gran parte del materiale per creare una struttura porosa con un'ampia superficie, Gli scienziati del NIST hanno assicurato che quando un punto di emissione di elettroni su un singolo picco si consuma, un altro è disponibile a prendere il suo posto, rendendo l'array più durevole nel suo insieme.
(Phys.org) —Scienziati del National Institute of Standards and Technology e dell'Università del Maryland, Parco dell'università, hanno costruito un pratico, sorgente di elettroni nanostrutturati ad alta efficienza. Descritto nel diario Nanotecnologia , questo nuovo, la tecnologia in attesa di brevetto potrebbe portare a comunicazioni e radar a microonde migliori, e più in particolare a sistemi di imaging a raggi X nuovi e migliorati per applicazioni di sicurezza e assistenza sanitaria.
Mentre le sorgenti di elettroni termoionici come i filamenti caldi all'interno dei tubi a raggi catodici sono state ampiamente sostituite da LED e cristalli liquidi per schermi di visualizzazione e televisori, sono ancora utilizzati per produrre microonde per radar e raggi X per l'imaging medico. Le sorgenti termoioniche utilizzano una corrente elettrica per far bollire gli elettroni dalla superficie di un filamento di filo, simile al modo in cui una lampadina a incandescenza utilizza una corrente elettrica per riscaldare un filamento di filo finché non si illumina.
E come una lampadina a incandescenza, le sorgenti termoioniche sono generalmente poco efficienti dal punto di vista energetico. Ci vuole molta energia per far evaporare gli elettroni, che vomitano in ogni direzione. Quelli che non si perdono devono essere catturati e focalizzati usando un complicato sistema di campi elettrici e magnetici. Le sorgenti di elettroni a emissione di campo richiedono molta meno potenza e producono un flusso di elettroni molto più direzionale e facilmente controllabile.
Per costruire la loro fonte di emissione sul campo, il team del NIST ha preso un materiale resistente, il carburo di silicio, e ha utilizzato un processo chimico a temperatura ambiente per renderlo altamente poroso come una spugna. Lo hanno poi modellato in strutture emettitrici microscopiche a forma di aste appuntite o pinne dai bordi taglienti. Quando viene applicato un campo elettrico, questi nuovi emettitori di campo possono produrre un flusso di elettroni paragonabile a una sorgente termoionica ma senza tutti gli svantaggi e con molti vantaggi.
Secondo il co-inventore Fred Sharifi, i nuovi emettitori di campo hanno tempi di risposta intrinsecamente rapidi rispetto alle sorgenti termoioniche, e l'assenza di calore facilita la creazione di matrici di sorgenti. Inoltre, la nanostruttura porosa degli emettitori li rende molto affidabili. Anche se la superficie dell'emettitore si consuma durante l'uso, un problema comune, il materiale appena esposto continua a funzionare altrettanto bene.
Sharifi afferma che gli emettitori di campo del NIST hanno il potenziale per migliorare la risoluzione e la qualità delle immagini a raggi X e consentire nuove modalità di rilevamento.
"Le immagini a raggi X si basano sulla densità del materiale in esame, che limita la loro capacità di vedere determinati tipi di materiali, compresi alcuni tipi di esplosivi, " dice Sharifi. "Il nostro emettitore di campo ci farà vedere non solo che c'è qualcosa, ma, perché possiamo costruire grandi array e posizionarli con diverse angolazioni, possiamo identificare il materiale in questione osservando come i raggi X provenienti da direzioni diverse si disperdono dall'oggetto".
