Nanowęgiel dla urządzeń energooszczędnych
Zaawansowane urządzenia elektroniczne wymagają technologii, które zapewniają wiązki elektronów. Katoda z emisją polową (lub zimna) to przykład źródła elektronów, które może być potencjalnie użyte w próżniowych urządzeniach elektronicznych takich jak lampy katodoluminescencyjne i płaskie wyświetlacze, lampy mikrofalowe i rentgenowskie itp. Naukowcy poszukujący nowych katod zdolnych do generowania silnego strumienia elektronów przy niskim zapotrzebowaniu na energię intensywnie badają materiały na bazie węgla, z uwagi na ich niezwykłe właściwości przewodzenia prądu. W urządzeniach miniaturowych nanowęgiel zastępuje struktury z metali lub półprzewodników, które wymagają drogich technologii mikroelektroniki. Zimne katody nanowęglowe emitują elektrony po przyłożeniu pola elektrycznego. O wiele większą emisję elektronów można uzyskać w odpowiedzi na iluminację impulsów laserowych W ramach realizacji finansowanej przez UE inicjatywy FANCEE (Fundamentals and applications of nano-carbon electron emitters) naukowcy zbadali w jaki sposób struktura materiałów nanowęglowych wpływa na wydajność emisji elektronów. Pozwoliło to naukowcom na opracowanie nowych materiałów umożliwiających poprawę właściwości emisyjnych katod oraz sprawność urządzeń elektronicznych. Naukowcy wyprodukowali również ultracienkie powłoki z grafenu lub węgla pirolitycznego. Mogą one być wykorzystane w różnych urządzeniach optoelektronicznych takich jak diody czy ogniwa słoneczne i fotowoltaiczne, które działają pod kontrolą zarówno światła i przyłożonego napięcia. Oprócz folii grafitowych o różnej morfologii, naukowcy zsyntetyzowali diamentową igłę z pojedynczego kryształu, która może być wykorzystana jako źródło elektronów w zaawansowanych urządzeniach elektronicznych i optoelektronicznych. Zmieniając kształt czubka diamentowej igły, naukowcy stworzyli nową klasę wysokowydajnych katod FE. Prototypy opracowane w ramach FANCEE objęły lampy katodoluminescencyjne (w których światło generowane jest przez materiał fosforowy, pobudzany wiązką elektronów) oraz lampy rentgenowskie (w których promieniowanie rentgenowskie jest wynikiem interakcji elektronów o wysokiej energii z metaliczną anodą, która stanowi cel elektronów). Bardzo ciekawym wynikiem prac jest stworzenie działa elektronowego, które znajduje zastosowanie w elektrycznym żaglu słonecznym (E-żagiel), formie urządzenia napędowego statków kosmicznych. Działo jest obecnie testowane na pokładzie ETSCube-1, pierwszego na świecie satelity wykorzystującego E-żagiel. Wyniki uzyskane w czasie prac nad FANCEE wskazują, że stworzone katody nanowęglowe są znacznie lepsze niż katody oparte o metale czy półprzewodniki. Po wprowadzeniu na rynek, katody te jak i opracowane materiały nanowęglowe będą mogły znaleźć zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu — od przemysłu elektrochemicznego, poprzez lotniczy do samochodowego.
Słowa kluczowe
Nanowęgiel, źródła elektronowe, elektronika próżniowa, optoelektronika, FANCEE
