Energilagringsenheter och datorskärmar kan verka världar ifrån varandra, men det är de inte.

När docent Qi Hua Fan vid avdelningen för elektroteknik och datavetenskap satte sig för att göra en billigare superkondensator för lagring av förnybar energi, han utvecklade en ny plasmateknik som ska effektivisera produktionen av bildskärmar.

För hans arbete med tunnfilm och plasmateknik, Fan utsågs till årets forskare vid Jerome J. Lohr College of Engineering. Hans forskning fokuserar på nanostrukturerade material som används för solceller, energilagring och displayer.

Tillverkning av elektroder för superkondensatorer

Förra våren fick Fan ett proof-of-concept-bidrag från Department of Energy genom North Central Regional Sun Grant Center för att avgöra om biokol, en biprodukt av en process som omvandlar växtmaterial till biobränsle, skulle kunna användas i stället för dyrt aktivt kol för att tillverka elektroder för superkondensatorer.

Sun Grant främjar samarbete mellan forskare från markanslagsinstitutioner, statliga myndigheter och den privata sektorn för att utveckla och kommersialisera förnybar, biobaserad energiteknik. Proof-of-concept-anslagen tillåter forskare att avancera lovande forskning till nästa nivå mot produktutveckling och kommersialisering.

"Mängden laddning som lagras i en kondensator beror på ytan, "Fan förklarade, "och biokol -nanopartiklarna kan skapa en extremt stor ytarea som sedan kan hålla mer laddning."

Han avsätter biokolet på ett substrat med hjälp av en patentsökt elektrokemisk process som han utvecklat och licensierat till Applied Nanofilms LLC, i Brookings. Applied Nanofilms och Wintek, ett företag som tillverkar platta skärmar för bärbara datorer och pekskärmar i Ann Arbor, Michigan, tillhandahållit matchande medel.

Genom detta projekt, Fan utvecklade ett snabbare sätt att behandla biokolpartiklarna med hjälp av en ny teknik som kallas plasmaaktivering. "Behandling betyder att du använder plasma för att ändra materialytan, som att skapa porer, Sa Fan.

Plasmabehandlingen aktiverar biokolet på fem minuter och vid rumstemperatur, Fan förklarade. Konventionell kemisk aktivering tar flera timmar att slutföra och måste utföras vid höga temperaturer - cirka 1, 760 grader Fahrenheit.

"Detta sparar energi och är mycket effektivare, " sa Fan. I det här projektet, han har samarbetat med biträdande professor Zhengrong Gu på avdelningen för jordbruk och biosystemteknik, vars forskning fokuserar på material och anordningar för energilagring. De planerar att använda dessa lovande resultat för att ansöka om federal finansiering.

Tillämpa plasmaprocess på skärmar

Tekniken som behandlar biokolelektroder för superkondensatorer kan också användas för att tillverka bildskärmar, förklarade Fan, som var forskare vid Wintek för mer än 10 år sedan. Sedan i höstas, Fan har samarbetat med Wintek om sätt att producera effektivare, material med bättre prestanda, som tunnfilm av kisel och kol, för företagets skärmar.

"Plasmabehandling är en mycket kritisk teknik i moderna optoelektroniska material och anordningar, "Fan förklarad. Högenergiplasma kan avsätta mycket transparenta och ledande tunna filmer, skapa högkvalitativa halvledare, och mönster i mikro- eller nanoskalaenheter, vilket gör visningsbilderna ljusare och tydligare.

Fan kommer att arbeta med Wintek för att utveckla en prototyp av plasmasystem. Aktiveringsmetoden har potential att förbättra produktionseffektiviteten, spara tid och energi, noterade han.