NIST:s kiselkarbidfältemitter producerar ett flöde av elektroner som är jämförbara med heta källor, men utan behov av värme. Genom att lösa upp mycket av materialet för att göra en porös struktur med en stor ytarea, NIST -forskare såg till att som en elektronemissionspunkt på en enskild spik slits ut, en annan är tillgänglig för att ta plats, vilket gör matrisen mer hållbar som helhet.
(Phys.org) —Forskare vid National Institute of Standards and Technology och University of Maryland, College Park, har byggt en praktisk, högeffektiv nanostrukturerad elektronkälla. Beskriven i tidningen Nanoteknik , den här nya, patentsökt teknik kan leda till förbättrad mikrovågskommunikation och radar, och mer särskilt till nya och förbättrade röntgenbildsystem för säkerhets- och hälsovårdstillämpningar.
Medan termjoniska elektronkällor som de heta filamenten inuti katodstrålerör till stor del har ersatts av lysdioder och flytande kristaller för bildskärmar och tv -apparater, de används fortfarande för att producera mikrovågor för radar och röntgen för medicinsk bildbehandling. Termjoniska källor använder en elektrisk ström för att koka elektroner från ytan på ett trådtråd, liknande det sätt som en glödlampa använder en elektrisk ström för att värma en trådtråd tills den lyser.
Och som en glödlampa, termjoniska källor är i allmänhet inte särskilt energieffektiva. Det tar mycket kraft att koka av elektronerna, som spolar åt alla håll. De som inte går vilse måste fångas och fokuseras med ett komplicerat system av elektriska och magnetiska fält. Fältemissionselektronkällor kräver mycket mindre kraft och producerar en mycket mer riktad och lätt kontrollerbar ström av elektroner.
För att bygga sin fältemissionskälla, NIST-teamet tog ett tufft material-kiselkarbid-och använde en kemisk process vid rumstemperatur för att göra det mycket poröst som en svamp. De mönstrade det sedan till mikroskopiska emitterande strukturer i form av spetsiga stavar eller vassa fenor. När ett elektriskt fält appliceras, dessa nya fältsändare kan producera ett elektronflöde som är jämförbart med en termjonisk källa men utan alla nackdelar - och med många fördelar.
Enligt meduppfinnaren Fred Sharifi, de nya fältsändarna har i sig snabba svarstider jämfört med termjoniska källor, och frånvaron av värme gör det lättare att skapa matriser av källor. Dessutom, utsläpparnas porösa nanostruktur gör dem mycket tillförlitliga. Även om sändarens yta slits bort under användning - ett vanligt problem - fortsätter det nyblottade materialet att fungera lika bra.
Sharifi säger att NIST-fältsändarna har potential att förbättra upplösningen och kvaliteten på röntgenbilder och möjliggöra nya detekteringssätt.
"Röntgenbilder baseras på densiteten hos det material som undersöks, som begränsar deras förmåga att se vissa typer av material, inklusive vissa typer av sprängämnen, "säger Sharifi." Vår fältemitter låter oss inte bara se att något finns där, men, eftersom vi kan bygga stora matriser och placera dem i olika vinklar, vi kan identifiera det aktuella materialet genom att titta på hur röntgenstrålarna som kommer från olika riktningar sprider sig från objektet. "
