Учёные превратили углеродные нанотрубки в электронно-лучевые

Учёные превратили углеродные нанотрубки в электронно-лучевые

Исследователи из университета Тохоку (Tohoku University), Япония, разработали новый плоский источник света, который может стать основой нового поколения ярких, дешёвых и более экономичных осветительных приборов, способных конкурировать по всем показателям со светодиодными источниками света. Основу этого источника света составляет множество углеродных нанотрубок, имеющих высокий показатель электрической проводимости, превращённые в аналог крошечных электронно-лучевых трубок. Благодаря использованию столь необычного подхода, новый источник света отличается крайне высокой производительностью и потребляет в среднем в 100 раз меньше энергии, нежели светодиодные источники сопоставимой мощности.

Всем известно, что светодиоды отличаются от других источников света своим высоким коэффициентом полезного действия. Однако, только часть фотонов, вырабатываемых полупроводниковым кристаллом, излучается во внешнее пространство и используется для его освещения. Это, в свою очередь, предполагает, что технологии светодиодов имеют немалый потенциал для дальнейшего совершенствования. Однако, альтернативный подход к проблеме освещения, разработанный профессором Норихиро Шимои (Norihiro Shimoi) и его коллегами, предполагает использование более дешёвого, чем полупроводники, материала – углеродных нанотрубок, однослойного углерода, свёрнутого в цилиндрическую форму.

В общих чертах структура нового нанотрубочного источника света весьма походит на структуру обычного светодиода, но в этом устройстве свет вырабатывается за счёт способа, используемого в обычных электронно-лучевых трубках, электронно-вакуумных устройствах, которые широко использовались в телевизорах и дисплеях компьютеров прошлых поколений. Под влиянием сильного электрического поля каждая углеродная нанотрубка действует в качестве крошечной электронно-лучевой трубки, выпуская из одного из своих концов луч быстрых электронов. Эти электроны попадают на поверхность экрана, покрытого фосфоросодержащим люминофором, и заставляют его светиться за счёт своей энергии.

Несмотря на достаточно сложную структуру, процесс производства таких источников света достаточно прост и дёшев. Начинается он с приготовления раствора тонких одностенных углеродных нанотрубок в органическом растворителе, смешанном с раствором сурфактанта. Эта смесь используется для нанесения покрытия на поверхность катода, которая после высыхания подвергается простейшей механической обработке, родственной обработке наждачной бумагой. При этом концы углеродных нанотрубок высвобождаются из связующего состава и немного упорядочиваются в определённом направлении, что позволяет получить более-менее направленный поток электронов.

Единственным недостатком нанотрубочного источника света является высокое напряжение, требующееся для его работы. Для обеспечения работы опытного образца использовался источник, напряжением 5 кВ, которое позволяет создать электрическое поле величины, необходимой для эмиссии электронов. Но расход энергии при этом был на два порядка ниже расхода энергии светодиода, излучающего сопоставимый по яркости поток света. Такая высокая эффективность устройства получается за счёт высокой электрической проводимости углеродных нанотрубок и за счёт того, что механизм электронной эмиссии позволяет получить плотность излучения фотонов света, в 1000 раз превосходящую аналогичный показатель в обычных лампах накаливания.

Кроме всех вышеописанных достоинств, новый нанотрубочный источник света демонстрирует весьма неплохую равномерность распределения излучаемого света по всей поверхности даже с учётом не оптимизированной технологии изготовления опытных образцов. Световой поток, вырабатываемый нанотрубочным источником, составляет 60 люмен на ватт, что ниже 100 люмен на ватт, которыми могут похвастаться лучшие образцы полупроводниковых светодиодов, но выше 40 люмен на ватт, которые дают органические светодиоды (OLED). А дальнейшие усовершенствования разработанной технологии позволят ещё больше увеличить эффективность нанотрубочных источников света, после чего они смогут конкурировать абсолютно со всеми видами светодиодных источников света.

Dailytechinfo.org со ссылкой на Gizmag.com

На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.