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Nanocables para pantallas
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign han desarrollado un proceso simple para cultivar nanocables de cobre verticales en diferentes superficies. Las matrices de nanocables podrían encontrar uso en pantallas de emisión de campo, un nuevo tipo de tecnología de pantalla que promete proporcionar imágenes más brillantes y vívidas que las pantallas planas existentes. En tal aplicación, los nanocables se usarían para disparar electrones a las partículas de fósforo en una pantalla, iluminándolas.
Pequeño y afilado: Una matriz de nanocables de cobre verticales con puntas pentagonales podría servir como emisores de electrones en pantallas de emisión de campo. Los emisores disparan electrones a las partículas de fósforo de colores en una pantalla de vidrio, iluminándolas para crear imágenes. La imagen inferior muestra un prototipo realizado por investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
El nuevo método de fabricación, desarrollado por Kyekyoon Kim y Hyungsoo Choi , conduce a nanocables de cobre de entre 70 nanómetros y 250 nanómetros de ancho. Los investigadores pueden utilizar el proceso para hacer crecer los nanocables en varias superficies, como silicio, vidrio, metal y plástico. Describen la matriz de nanocables y demuestran un prototipo de pantalla de emisión de campo en un documento de Materiales Avanzados en línea.
Las matrices verticales de nanocables metálicos son prometedoras para la fabricación de sensores químicos y biológicos además de emisores de electrones en pantallas de emisión de campo (FED). Pero la dificultad de desarrollar matrices bien definidas ha mantenido a raya estas tecnologías, dice Yugang Sun, científico del Laboratorio Nacional Argonne Centro de materiales a nanoescala . Controlar el crecimiento vertical de los nanocables generalmente implica hacerlos crecer en una plantilla hecha de otro material. Fabricar y luego lavar la plantilla requiere mucho tiempo. Además, muchos de estos métodos implican transferir los nanocables a la superficie deseada.
El nuevo método no requiere una plantilla. Los investigadores utilizan un método de síntesis común llamado deposición química de vapor. Exponen el sustrato a los vapores de un compuesto que contiene cobre especialmente elaborado a una temperatura de 200 a 300 grados Celsius. Los nanocables de cobre resultantes que crecen en el sustrato tienen cinco lados con una punta pentagonal afilada. El desafío es diseñar y sintetizar un precursor y las condiciones adecuadas bajo las cuales crecerán buenos cables, dice Kim.
Los nanocables de cobre son adecuados para su uso en FED porque son uniformes y tienen una punta muy puntiaguda. Cuanto menor sea el tamaño de la punta, más fuerte será el campo eléctrico, dice Kim. Es por eso que incluso con un voltaje muy pequeño ... se convertirán en emisores de electrones muy eficientes. Los nanocables emiten electrones a bajos voltajes de 100 voltios, a diferencia del filamento de tungsteno utilizado en los voluminosos televisores de tubo de rayos catódicos (CRT) convencionales, que requieren muchos kilovoltios.
Las pantallas de emisión de campo prometen consumir menos energía que las pantallas de plasma y las pantallas de cristal líquido, al tiempo que mantienen el brillo y la nitidez de un CRT. Funcionan con un principio similar a los CRT, pero solo tienen unos pocos milímetros de grosor. En lugar de utilizar un solo cañón de electrones, utilizan millones de diminutos emisores de electrones para disparar electrones a fósforos rojos, verdes y azules recubiertos de una pantalla.
Empresas como Sony y Motorola intentaron por primera vez comercializar pantallas de emisión de campo hace unos 10 años. Esas pantallas usaban puntas de metal del tamaño de un micrómetro como emisores de electrones. Pero las puntas requerían altos voltajes y no se podían fabricar en áreas grandes. Luego, algunos fabricantes cambiaron su atención a los nanotubos de carbono. Tanto Samsung como Motorola han desarrollado tecnología FED basada en nanotubos de carbono (consulte Nanotecnología en pantalla y televisores de nanotubos de carbono de alta definición). Tecnologías de emisión de campo , un spin-off de Sony, está adoptando un enfoque diferente. Están usando nanotips de metal como emisores. La compañía planea enviar monitores de video FED profesionales basados en esta tecnología en 2009.
Pero todas estas pantallas son caras y aún no están listas para el mercado de televisores comerciales. La razón de esto es tanto económica como técnica, dice David Barnes , analista de DisplaySearch, una consultora en Austin, TX. Una de las barreras tecnológicas clave es crear y mantener un vacío entre los emisores de electrones y el vidrio recubierto de fósforo. Los emisores también pueden degradarse con el tiempo debido a las energías extremadamente altas que se forman en sus puntas. Mantener tanto el vacío como los emisores durante los 10 años de vida útil de un televisor es un desafío.
Las pantallas de emisión de campo que utilizan nanocables de cobre se enfrentarán a los mismos problemas. Sin embargo, dice Barnes, el cobre podría ser un poco más robusto.
Chris Chinock, fundador y presidente de Insight Media , una firma consultora con sede en Norwalk, CT que se enfoca en la industria de las pantallas, considera que el nuevo desarrollo es un resultado de investigación prometedor, aunque es una etapa demasiado temprana para ponerlo en nuestro radar por el momento. Señala que los nanocables tendrán que ser más delgados de 70 a 250 nanómetros. Los nanotubos de carbono y los nanotips de metal tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño, lo que da como resultado 10,000 o más emisores en cada píxel. Incluso si la mitad de ellos no funcionan, todavía quedan suficientes para iluminar el píxel.
Si bien la industria no espera que las pantallas FED comerciales se publiquen pronto, Barnes dice que se justifica más investigación sobre diferentes tecnologías nuevas. Cuando la gente ha hecho prototipos de laboratorio, es bastante convincente, dice. Existe esta vivacidad brillante que obtendría al ver un CRT tradicional.