|  | 24 октября 2014 | Нанотехнологии

Ученые превратили углеродные нанотрубки в крошечные электронно-лучевые трубки

Нанотрубочный источник света


Исследователи из университета Тохоку (Tohoku University), Япония, разработали новый плоский источник света, который может стать основой нового поколения ярких, дешевых 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, превращенные 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 дешевого, чем полупроводники, материала - углеродных нанотрубок, однослойного углерода, свернутого в цилиндрическую форму.

В общих чертах структура нового нанотрубочного источника света весьма походит на структуру обычного светодиода, но в этом устройстве свет вырабатывается за счет 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 счет своей энергии.

Структура поверхности катода


Несмотря на достаточно сложную структуру, процесс производства таких источников света достаточно прост и дешев. 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 определенном 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 счет высокой электрической проводимости углеродных нанотрубок и за счет 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 учетом 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 еще больше увеличить эффективность нанотрубочных источников света, после чего они смогут конкурировать абсолютно со всеми видами светодиодных источников света.




Ключевые слова:
Углерод, Нанотрубки, Электрон, Луч, Экран, Люминофор, Фосфор, Светодиод, Источник, Свет, Напряжение, Энергия, Эффективность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученые превратили нанотрубки в источник яркого света
  • Китайцы построили первую в мире автомагистраль, освещенную более чем миллио ...
  • Единственная молекула и нанотрубки - самый маленький в мире источник света.
  • Сверхяркий светодиодный источник света на 2000 люменов, размерами всего 9х9 ...
  • «Альтернативный» твердотельный источник света – шаг вперед технологий освещ ...

  • Агенство недвижимости квартирный вопрос. . обучение 6 лет


    24 октября 2014 13:03
    #1 Написал: Zerger

    Публикаций: 0
    Комментариев: 776
    вот это хорошая тема, к 2040му ждём в наших магазинах лампочки на нанотрубках!


    --------------------
        
    24 октября 2014 13:55
    #2 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 393
    5kvt все перечеркивает,
        
    24 октября 2014 16:42
    #3 Написал: paralolka

    Публикаций: 0
    Комментариев: 85
    MaxIvanov,
    не путайте киловольты и киловатты.Проблема это когда нужна большая сила тока, а напряжение легко сделать, кинескопы старых телеков требовали больших напряжений.
        
    24 октября 2014 17:09
    #4 Написал: beany85

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1018
    MaxIvanov, ничего страшного, для включения ЛДС тоже нужен импульс около 1 Кв - выкрутились использованием стартера и дроселя. Так и здесь что-нибудь придумают - микрогенератор высоковольтного напряжения, ток ведь большой не нужен.


    --------------------
        
    24 октября 2014 17:35
    #5 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3873
    Цитата: beany85
    нужен импульс около 1 Кв

    Импульс - это одно. А пять киловольт постоянно - это совсем другое. Представьте себе такой осветитель где-нибудь во влажно производственном или подвальном помещении


    --------------------
        
    24 октября 2014 18:20
    #6 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 506
    Что-то у них концы с концами не сходятся:
    В начале статьи громкое заявление -
    новый источник света отличается крайне высокой производительностью и потребляет в среднем в 100 раз меньше энергии, нежели светодиодные источники сопоставимой мощности.

    А в конце:
    Световой поток, вырабатываемый нанотрубочным источником, составляет 60 люмен на ватт, что ниже 100 люмен на ватт, которыми могут похвастаться лучшие образцы полупроводниковых светодиодов

    Иначе говоря, не то что никаких 100 раз нету, а вовсе ничем не лучше, а еще вернее хуже процентов на 40.
        
    26 октября 2014 00:50
    #7 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 393
    Цитата: beany85
    MaxIvanov, ничего страшного, для включения ЛДС тоже нужен импульс около 1 Кв - выкрутились использованием стартера и дроселя. Так и здесь что-нибудь придумают - микрогенератор высоковольтного напряжения, ток ведь большой не нужен.

    5kv это конструкция сложней, более громоздкая, детали дороже, и потери на преобразователи.
        
    26 октября 2014 03:39
    #8 Написал: smpdv

    Публикаций: 0
    Комментариев: 51
    Цитата: Rsa
    Что-то у них концы с концами не сходятся: В начале статьи..... А в конце

    А середину Вы не читали?
    Но расход энергии при этом был на два порядка ниже расхода энергии светодиода, излучающего сопоставимый по яркости поток света.

    Так что все верно.

    Цитата: MaxIvanov
    5kv это конструкция сложней, более громоздкая, детали дороже, и потери на преобразователи.

    Какие проблемы? Есть и на 12 киловольт умножители, размером чуть более чипа памяти в вашем компе. Проблема, как мне кажется, ближе к
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Представьте себе такой осветитель где-нибудь во влажно производственном или подвальном помещении

    Хотя герметизация во фторопласте на первых порах бы решила вопрос. У светодиодных ламп тоже цоколь "будь здоров", и ничего, популярно, хоть и греиццо, и громоздкое.
        
    26 октября 2014 10:32
    #9 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 393
    Цитата: smpdv

    Какие проблемы? Есть и на 12 киловольт умножители, размером чуть более чипа памяти в вашем компе. Проблема, как мне кажется, ближе к
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Представьте себе такой осветитель где-нибудь во влажно производственном или подвальном помещении
    Хотя герметизация во фторопласте на первых порах бы решила вопрос. У светодиодных ламп тоже цоколь "будь здоров", и ничего, популярно, хоть и греиццо, и громоздкое.

    Все можно решить, но вот только есть уже обычные диоды, без необходимости что либо решать.
        
    26 октября 2014 14:51
    #10 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 506
    Цитата: smpdv
    Так что все верно.

    Что верно? Когда они рассуждают о 100 разах и порядках, нет никакой конкретики, а как только дело дошло до конкретных цифр, выясняется, что там нет никаких 100 раз и 2 порядков. Там же приведены цифры освещенности НА ВАТТ. Именно в ваттах и измеряется потребляемая устройством мощность, именно по этой характеристике оценивают экономичность и эффективность любых осветительных приборов.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.