211service.com
Nanotråde til skærme
Forskere ved University of Illinois i Urbana Champaign har udviklet en simpel proces til at dyrke opretstående kobber nanotråde på forskellige overflader. Nanowire-arrays kunne finde anvendelse i feltemissionsskærme, en ny type skærmteknologi, der lover at give lysere, mere levende billeder end eksisterende fladskærme. I en sådan applikation ville nanotrådene blive brugt til at affyre elektroner mod fosforpartikler på en skærm og lyse dem op.
Lille og skarp: En række opretstående kobber nanotråde med femkantede spidser kunne tjene som elektronudsender i feltemissionsskærme. Emitterne affyrer elektroner mod farvede fosforpartikler på en glasskærm og lyser dem op for at skabe billeder. Det nederste billede viser en prototype lavet af forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign.
Den nye fremstillingsmetode, udviklet af Kyekyoon Kim og Hyungsoo Choi , fører til kobber nanotråde mellem 70 nanometer og 250 nanometer brede. Forskerne kan bruge processen til at dyrke nanotrådene på forskellige overflader, herunder silicium, glas, metal og plast. De beskriver nanowire-arrayet og demonstrerer en prototype field-emission display i et online Advanced Materials papir.
Lodrette arrays af metal nanotråd lover at lave kemiske og biologiske sensorer ud over elektronemittere i feltemissionsskærme (FED'er). Men vanskeligheden ved at dyrke veldefinerede arrays har holdt disse teknologier i skak, siger Yugang Sun, en videnskabsmand ved Argonne National Laboratory's Center for Nanoskala Materialer . Kontrol af den vertikale vækst af nanotråde involverer typisk dyrkning af dem i en skabelon lavet af et andet materiale. Det er tidskrævende at fremstille og derefter vaske skabelonen væk. Desuden involverer mange af disse metoder at overføre nanotrådene til den ønskede overflade.
Den nye metode kræver ikke en skabelon. Forskerne bruger en almindelig syntesemetode kaldet kemisk dampaflejring. De udsætter substratet for dampe af en specialfremstillet kobberholdig forbindelse ved 200 til 300 grader Celsius. De resulterende kobber nanotråde, der vokser på substratet, er femsidede med en skarp femkantet spids. Udfordringen er at designe og syntetisere en forløber og de rigtige forhold, hvorunder pæne ledninger vil vokse, siger Kim.
Kobber nanotrådene er velegnede til brug i FED'er, fordi de er ensartede og har en meget spids spids. Jo mindre spidsstørrelsen er, jo stærkere er det elektriske felt, siger Kim. Det er grunden til, at selv med en meget lille spænding... vil de blive meget effektive elektronemittere. Nanotrådene udsender elektroner ved lave spændinger på 100 Volt, i modsætning til wolframfilamentet, der bruges i konventionelle, omfangsrige katodestrålerør-fjernsyn (CRT), som kræver mange kilovolt.
Felt-emissionsskærme lover at være mindre strømkrævende end plasmaskærme og flydende krystalskærme, mens de bevarer en CRTs lysstyrke og skarphed. De fungerer efter et lignende princip som CRT'er, men er kun et par millimeter tykke. I stedet for at bruge en enkelt elektronkanon bruger de millioner af bittesmå elektronemittere til at skyde elektroner mod røde, grønne og blå fosforstoffer, der er belagt på en skærm.
Virksomheder som Sony og Motorola forsøgte først at kommercialisere feltemissionsskærme for omkring 10 år siden. Disse skærme brugte metalspidser i mikrometerstørrelse som elektronudsender. Men spidserne krævede høje spændinger og kunne ikke laves på store områder. Nogle producenter flyttede derefter opmærksomheden til kulstof nanorør. Både Samsung og Motorola har udviklet kulstof-nanorør-baseret FED-teknologi (se Nanotech om Display og High-Definition Carbon Nanotube TV'er). Felt-emissionsteknologier , en Sony-spin-off, tager en anden tilgang. De bruger metal nanospidser som emittere. Virksomheden planlægger at sende professionelle FED-videomonitorer baseret på denne teknologi i 2009.
Men alle disse skærme er dyre og er stadig ikke klar til det kommercielle tv-marked. Årsagen til det er både økonomisk og teknisk, siger David barnes , analytiker hos DisplaySearch, et konsulentfirma i Austin, TX. En af de vigtigste teknologiske barrierer for at skabe og opretholde et vakuum mellem elektronemitterne og det fosforbelagte glas. Emitterne kan også nedbrydes over tid på grund af de ekstremt høje energier, der dannes ved deres spidser. Det er en udfordring at vedligeholde både vakuumet og emitterne i et tv's 10-årige liv.
Felt-emissionsskærme, der bruger kobber nanotråde, vil stå over for de samme problemer. Men, siger Barnes, kobber er måske lidt mere robust.
Chris Chinock, grundlægger og præsident for Insight Media , et Norwalk, CT-baseret konsulentfirma, der fokuserer på displayindustrien, kalder den nye udvikling for et lovende forskningsresultat, selvom det er for tidligt til at sætte på vores radar endnu. Han påpeger, at nanotrådene skal være tyndere end 70 til 250 nanometer. Carbon nanorør og metal nanospidser er kun et par nanometer store, hvilket resulterer i 10.000 eller flere emittere ved hver pixel. Selvom halvdelen af dem ikke virker, er der stadig nok til at lyse pixlen op.
Mens industrien ikke forventer kommercielle FED-udstillinger snart, siger Barnes, at mere forskning i forskellige nye teknologier er berettiget. Når folk har lavet laboratorieprototyper, er det ret overbevisende, siger han. Der er denne lyse livlighed, som du ville få af at se en traditionel CRT.