Углеродные материалы и, в частности, нанотрубки (CNT), которые прочат в преемники кремниевых полупроводников, в недалеком будущем могут занять место светоизлучающих диодов в новых более экономичных источниках освещения.
Об этом свидетельствуют результаты, полученные учеными из Университета Тохоку (Япония). Они создали на базе CNT плоский источник света с энергопотреблением примерно 0,1 Вт в час — на два порядка меньше, чем у светодиодов.
Устройство напоминает собой трубку кинескопа: оно образовано фосфоресцирующим экраном в вакуумной полости, являющимся анодом, и одностенными нанотрубками, выполняющими функцию положительных электродов в диодоподобной структуре. Под действием сильного электрического поля вершины нанотрубок излучают плотные пучки электронов (так называемая полевая эмиссия). Попадая на экран электроны инициируют его свечение.
Процесс сборки прототипа такого источника света заключался в нанесении на катод жидкой взвеси нанотрубок в органическом растворителе ITO с добавкой поверхностно-активного вещества. После выпаривания растворителя образовавшееся покрытие «активировали», обрабатывали наждаком для получения высокого тока полевой эмиссии. Затем, катод и анод, разделенные 2-миллиметровой стеклянной пластиной, помещали в футляр, из которого выкачивали воздух, получая готовую панель, способную генерировать однородный поток света.
«Наша простая ’диодная’ панель позволяет получать высокую яркостную эффективность 60 люмен на ватт, что открывает прекрасные возможности для создания источников света с низким расходом энергии», — заявил Норихиро Шимои, адъюнкт-профессор Университета Тохоку. Яростная эффективность (brightness efficiency), по его словам, служит удобным показателем для сравнения экономичности разных осветительных устройств. Например, светодиод излучает сотни люмен на ватт, а органический LED — около 40.
Источники полевой эмиссии электронов привлекают внимание ученых благодаря способности генерировать пучки электронов в тысячу раз более интенсивные, чем те, что излучаются обычными нагреваемыми катодами, действующими подобно спиралям в лампах накаливания. Соответственно, полевая эмиссия позволяет с меньшими затратами энергии получать более направленный и лучше контролируемый поток электронов.
Применявшиеся в эксперименте одностенные нанотрубки с высокой степенью кристаллизации (highly crystalline single-walled carbon nanotubes, HCSWCNT) практически не имели поверхностных дефектов. Сопротивление такого катода было чрезвычайно мало, а значит потери энергии также были незначительны по сравнению с любыми другими катодными материалам.
Описанный мокрый процесс нанесения покрытия имеет низкую себестоимость и оптимально подходит для получения крупноформатных однородных тонкопленочных устройств в промышленных масштабах.
