(PhysOrg.com) -- Under de senaste åren, forskare har använt kolnanorör och nanofibrer för att tillverka en mängd olika transparenta, flexibla enheter, såsom OLED, transistorer, och solceller. Men utvecklingen av transparenta och flexibla fältelektronemitter gjorda av dessa nanomaterial är fortfarande en utmaning. I en ny studie, ett team av forskare från Japan och Malaysia har visat att nyckeln till utmaningen kan ligga i den unika geometrin hos koniska nanokolstrukturer (CNCS).

I deras studie, Pradip Ghosh från Nagoya Institute of Technology och hans medförfattare har visat hur man tillverkar CNCS på en transparent, flexibelt underlag vid rumstemperatur. Den resulterande CNCS-baserade elektronsändaren kan sedan användas som en fältelektronemissionskälla (FEE) för transparent, flexibla fältemissionsdisplayer (FED). FED:er är en ny typ av plattskärm som har flera fördelar, som hög kontrast och lägre strömförbrukning än LCD-skärmar (liquid crystal displays).

Dock, att göra FED:er transparenta är mycket svårt eftersom fältelektronemission kräver ett mycket högt elektriskt fält och driftspänning. För att uppnå denna höga spänning, forskare använder vanligtvis ytor med en robust skarp spetsstruktur eftersom det elektriska fältet förstärks runt spetsområdena, vilket gör att driftspänningen kan minskas dramatiskt. Av denna anledning, som medförfattare Masaki Tanemura från Nagoya Institute of Technology förklarade, robust ytstruktur är vanligtvis nödvändig för praktiska fältelektronemissionskällor, men hittills har robusthet inte möjliggjort insyn.

"Föreställ dig sandblästrade glasögon, ” berättade Tanemura PhysOrg.com . "Glasögon är genomskinliga, men sandblästrade glas beror inte på ljusspridningen av den robusta ytstrukturen. I likhet med detta exempel, transparens har inte varit möjlig för FEE-källor."

Genom att tillverka CNCS som är mindre än våglängden för synligt ljus, forskarna fann att de kunde övervinna denna utmaning genom att producera helt transparenta och flexibla fältelektronemitters.

"CNCS har gett insyn och flexibilitet till FEE-källor för första gången, sa Tanemura. "För att få CNCS-baserade transparenta material, det är mycket önskvärt att kontrollera diametern och längden på CNCS. Vi har framgångsrikt kontrollerat diametern och längden på CNCS under våglängden för synligt ljus vid rumstemperatur med hjälp av en jonbestrålningsmetod. En noggrann scanning elektronmikroskopi (SEM) inspektion avslöjade att diametern och längden av de flesta av CNCSs var lägre än våglängden för det synliga ljuset. Därför var denna unika struktur av CNCS:erna mycket användbar för att tillverka en CNCS-baserad transparent och flexibel fältelektronemitter."

I sina experiment, forskarna bombarderade ett nafionsubstrat med argonjoner i 30 sekunder vid rumstemperatur. Bestrålningen producerade likformigt fördelade CNCS över hela nafions yta. Forskarna mätte att enskilda CNCS hade en basdiameter på cirka 200 nanometer och en längd/höjd på några hundra nanometer, som är mindre än våglängden för synligt ljus. Övergripande, Materialets emissionsegenskaper (dess start- och tröskelfält) var jämförbara med tidigare ogenomskinliga elektronsändare.

Som forskarna förklarar, den nya metoden att använda CNCS för att konstruera transparenta och flexibla fältelektronemitters har flera fördelar. Metoden är enkel genom att den kan utföras i rumstemperatur, kräver ingen katalysator, och riskerar inte att skada underlaget. Forskarna tillskriver dessa fördelar till den unika koniska geometrin hos CNCS.

Som nästa steg, forskarna planerar att tillverka en transparent, flexibelt fosformaterial, vilket är nödvändigt för att observera emission av synligt ljus och för framtida konstruktion av kompletta FED:er. Forskarna förutspår att tekniken kan leda till transparent, flexibla FED:er som är lätta och billiga.

"FED är en slags plattskärm, ” förklarade Tanemura. "Jämfört med andra typer av platta bildskärmar som LCD-skärmar och elektroluminescensskärmar, FED är fördelaktigt i sin ljusstyrka och storlek (en stor storlek är möjlig).

Han tillade att transparent, flexibla FED:er har stor potential för tillämpningar inklusive så kallade head-up-displayer och mycket intelligenta informationsdisplayer som används i den kommande allestädes närvarande världen, när datorer blir ordentligt integrerade i våra dagliga aktiviteter.

"Till exempel, head-up-displayer kommer att användas på ett krökt frontglas av fordon (flygplan, tåg, bilar, och så vidare), helansiktshjälmar, glasögon, och så vidare, " han sa. "Vanligtvis är det transparent, men olika typer av information, såsom kartor, kundinformation, larm, och säkerhet, kommer att visas på begäran. I den allestädes närvarande världen, displayer bör vara hopfällbara (rullbara) och lätta för rörlighet. Du kan njuta av TV, filmer, spel, kommunikation, och få olika typer av information med hjälp av en utfälld bred skärm. Transparenta och flexibla FED:er gör det realistiskt!”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.