211service.com
Nanotrådar för skärmar
Forskare vid University of Illinois i Urbana Champaign har utvecklat en enkel process för att odla upprättstående kopparnanotrådar på olika ytor. Nanotrådarrayerna kan användas i fältutsläppsskärmar, en ny typ av skärmteknik som lovar att ge ljusare, mer levande bilder än befintliga platta skärmar. I en sådan applikation skulle nanotrådarna användas för att avfyra elektroner mot fosforpartiklar på en skärm och lysa upp dem.
Liten och skarp: En rad upprättstående nanotrådar av koppar med femkantiga spetsar skulle kunna fungera som elektronsändare i fältemissionsskärmar. Emittnarna avfyrar elektroner mot färgade fosforpartiklar på en glasskärm och lyser upp dem för att skapa bilder. Den nedre bilden visar en prototyp gjord av forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign.
Den nya tillverkningsmetoden, utvecklad av Kyekyoon Kim och Hyungsoo Choi , leder till kopparnanotrådar mellan 70 nanometer och 250 nanometer breda. Forskarna kan använda processen för att odla nanotrådarna på olika ytor, inklusive kisel, glas, metall och plast. De beskriver nanotrådarrayen och demonstrerar en prototyp av fältutsläppsdisplay i en online Advanced Materials-tidning.
Vertikala arrayer av metall nanotråd lovar att göra kemiska och biologiska sensorer utöver elektronsändare i fältemissionsskärmar (FED). Men svårigheten att odla väldefinierade arrayer har hållit dessa teknologier borta, säger Yugang Sun, en forskare vid Argonne National Laboratory. Centrum för nanoskala material . Att kontrollera den vertikala tillväxten av nanotrådar innebär vanligtvis att de odlas i en mall gjord av ett annat material. Att tillverka och sedan tvätta bort mallen är tidskrävande. Dessutom innebär många av dessa metoder att överföra nanotrådarna till önskad yta.
Den nya metoden kräver ingen mall. Forskarna använder en vanlig syntesmetod som kallas kemisk ångavsättning. De utsätter substratet för ångor av en specialtillverkad kopparhaltig förening vid 200 till 300 grader Celsius. De resulterande kopparnanotrådarna som växer på substratet är femsidiga med en vass femkantig spets. Utmaningen är att designa och syntetisera en föregångare och korrekta förhållanden under vilka fina trådar kommer att växa, säger Kim.
Kopparnanotrådarna är lämpliga för användning i FED:er eftersom de är enhetliga och har en mycket spetsig spets. Ju mindre spetsstorlek desto starkare är det elektriska fältet, säger Kim. Det är därför även med en mycket liten spänning ... de kommer att bli mycket effektiva elektronsändare. Nanotrådarna avger elektroner vid låga spänningar på 100 volt, till skillnad från volframtråden som används i konventionella, skrymmande katodstrålerör-tv-apparater (CRT), som kräver många kilovolt.
Fältutsläppsskärmar lovar att vara mindre energikrävande än plasmaskärmar och LCD-skärmar, samtidigt som de behåller en CRTs ljusstyrka och skärpa. De fungerar enligt en liknande princip som CRT, men är bara några millimeter tjocka. Istället för att använda en enskild elektronpistol använder de miljontals små elektronsändare för att skjuta elektroner mot röda, gröna och blå fosforer belagda på en skärm.
Företag som Sony och Motorola försökte först kommersialisera fältutsläppsskärmar för cirka 10 år sedan. Dessa skärmar använde mikrometerstora metallspetsar som elektronsändare. Men spetsarna krävde höga spänningar och kunde inte göras på stora ytor. Vissa tillverkare flyttade sedan uppmärksamheten till kolnanorör. Både Samsung och Motorola har utvecklat kolnanorörsbaserad FED-teknik (se Nanotech på Display och High-Definition Carbon Nanotube TVs). Fältutsläppstekniker , en avknoppning från Sony, tar ett annat tillvägagångssätt. De använder nanotips av metall som sändare. Företaget planerar att leverera professionella FED-videomonitorer baserade på denna teknik under 2009.
Men alla dessa skärmar är dyra och är fortfarande inte redo för den kommersiella TV-marknaden. Anledningen till det är både ekonomisk och teknisk, säger David barnes , analytiker på DisplaySearch, ett konsultföretag i Austin, TX. En av de viktigaste tekniska barriärerna för att skapa och upprätthålla ett vakuum mellan elektronavsändare och det fosforbelagda glaset. Strålarna kan också försämras med tiden på grund av de extremt höga energierna som bildas vid deras spetsar. Att upprätthålla både vakuumet och sändarna under en TV:s 10-åriga liv är en utmaning.
Fältutsläppsskärmar som använder nanotrådar av koppar kommer att möta samma problem. Men, säger Barnes, koppar kan vara lite mer robust.
Chris Chinock, grundare och president för Insight Media , en Norwalk, CT-baserad konsultfirma som fokuserar på bildskärmsindustrin, kallar den nya utvecklingen för ett lovande forskningsresultat, även om det är för tidigt stadium för att sätta på vår radar ännu. Han påpekar att nanotrådarna måste vara tunnare än 70 till 250 nanometer. Kolnanorör och metallnanospetsar är bara några få nanometer stora, vilket resulterar i 10 000 eller fler sändare vid varje pixel. Även om hälften av dem inte fungerar finns det fortfarande tillräckligt för att lysa upp pixeln.
Även om industrin inte förväntar sig kommersiella FED-visningar inom kort, säger Barnes att mer forskning om olika nya teknologier är motiverad. När folk har gjort labbprototyper är det ganska övertygande, säger han. Det finns denna ljusa livlighet som du skulle få av att titta på en traditionell CRT.