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Nanofils pour écrans
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana Champaign ont mis au point un processus simple pour faire pousser des nanofils de cuivre verticaux sur différentes surfaces. Les réseaux de nanofils pourraient être utilisés dans les écrans à émission de champ, un nouveau type de technologie d'affichage qui promet de fournir des images plus lumineuses et plus vives que les écrans plats existants. Dans une telle application, les nanofils seraient utilisés pour tirer des électrons sur des particules de phosphore sur un écran, les éclairant.
Petit et pointu : Un réseau de nanofils de cuivre verticaux avec des pointes pentagonales pourrait servir d'émetteurs d'électrons dans les écrans à émission de champ. Les émetteurs envoient des électrons sur des particules de phosphore colorées sur un écran de verre, les éclairant pour créer des images. L'image du bas montre un prototype réalisé par des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.
La nouvelle méthode de fabrication, mise au point par Kyekyoon Kim et Hyungsoo Choi , conduit à des nanofils de cuivre entre 70 nanomètres et 250 nanomètres de large. Les chercheurs peuvent utiliser le processus pour faire croître les nanofils sur diverses surfaces, notamment le silicium, le verre, le métal et le plastique. Ils décrivent le réseau de nanofils et démontrent un prototype d'affichage d'émission de champ dans un article en ligne sur les matériaux avancés.
Les réseaux verticaux de nanofils métalliques sont prometteurs pour la fabrication de capteurs chimiques et biologiques en plus des émetteurs d'électrons dans les écrans à émission de champ (FED). Mais la difficulté de développer des matrices bien définies a tenu ces technologies à distance, explique Yugang Sun, scientifique au Laboratoire national d'Argonne. Centre pour les matériaux à l'échelle nanométrique . Le contrôle de la croissance verticale des nanofils implique généralement leur croissance dans un modèle fabriqué à partir d'un autre matériau. La fabrication puis le lavage du gabarit prennent beaucoup de temps. De plus, bon nombre de ces méthodes impliquent le transfert des nanofils sur la surface souhaitée.
La nouvelle méthode ne nécessite pas de modèle. Les chercheurs utilisent une méthode de synthèse commune appelée dépôt chimique en phase vapeur. Ils exposent le substrat aux vapeurs d'un composé contenant du cuivre spécialement conçu à 200 à 300 degrés Celsius. Les nanofils de cuivre résultants qui poussent sur le substrat sont à cinq côtés avec une pointe pentagonale pointue. Le défi consiste à concevoir et à synthétiser un précurseur et des conditions appropriées dans lesquelles de beaux fils se développeront, dit Kim.
Les nanofils de cuivre conviennent à une utilisation dans les FED car ils sont uniformes et ont une pointe très pointue. Plus la taille de la pointe est petite, plus le champ électrique est fort, dit Kim. C'est pourquoi même avec une très faible tension… ils deviendront des émetteurs d'électrons très efficaces. Les nanofils émettent des électrons à des tensions basses de 100 volts, contrairement au filament de tungstène utilisé dans les téléviseurs à tube cathodique (CRT) conventionnels et volumineux, qui nécessitent de nombreux kilovolts.
Les écrans à émission de champ promettent d'être moins gourmands en énergie que les écrans plasma et les écrans à cristaux liquides, tout en conservant la luminosité et la netteté d'un tube cathodique. Ils fonctionnent sur le même principe que les tubes cathodiques, mais ne mesurent que quelques millimètres d'épaisseur. Au lieu d'utiliser un seul canon à électrons, ils utilisent des millions de minuscules émetteurs d'électrons pour projeter des électrons sur des phosphores rouges, verts et bleus appliqués sur un écran.
Des entreprises telles que Sony et Motorola ont essayé pour la première fois de commercialiser des écrans à émission de champ il y a environ 10 ans. Ces écrans utilisaient des pointes métalliques de la taille d'un micromètre comme émetteurs d'électrons. Mais les pointes nécessitaient des tensions élevées et ne pouvaient pas être réalisées sur de grandes surfaces. Certains fabricants se sont alors tournés vers les nanotubes de carbone. Samsung et Motorola ont tous deux développé une technologie FED à base de nanotubes de carbone (voir Nanotech on Display et High-Definition Carbon Nanotube TVs ). Technologies d'émission sur le terrain , une spin-off de Sony, adopte une approche différente. Ils utilisent des nanopointes métalliques comme émetteurs. La société prévoit d'expédier des moniteurs vidéo FED professionnels basés sur cette technologie en 2009.
Mais tous ces écrans sont chers et ne sont toujours pas prêts pour le marché de la télévision commerciale. La raison en est à la fois économique et technique, dit David Barnes , analyste chez DisplaySearch, une société de conseil à Austin, TX. L'une des principales barrières technologiques est de créer et de maintenir un vide entre les émetteurs d'électrons et le verre phosphoré. Les émetteurs peuvent également se dégrader avec le temps en raison des énergies extrêmement élevées qui se forment à leurs extrémités. Maintenir à la fois le vide et les émetteurs pendant la durée de vie d'un téléviseur de 10 ans est un défi.
Les écrans à émission de champ qui utilisent des nanofils de cuivre seront confrontés aux mêmes problèmes. Cependant, dit Barnes, le cuivre pourrait être un peu plus robuste.
Chris Chinock, fondateur et président de Médias Insight , une société de conseil basée à Norwalk, CT qui se concentre sur l'industrie de l'affichage, appelle le nouveau développement un résultat de recherche prometteur, bien qu'il soit trop tôt pour le mettre sur notre radar pour l'instant. Il précise que les nanofils devront être plus minces que 70 à 250 nanomètres. Les nanotubes de carbone et les nanopointes métalliques ne mesurent que quelques nanomètres, ce qui donne 10 000 émetteurs ou plus à chaque pixel. Même si la moitié d'entre eux ne fonctionnent pas, il y en a quand même assez pour éclairer le pixel.
Alors que l'industrie ne s'attend pas à ce que les écrans commerciaux FED soient bientôt disponibles, Barnes affirme que davantage de recherches sur différentes nouvelles technologies sont justifiées. Quand les gens ont fait des prototypes de laboratoire, c'est assez convaincant, dit-il. Il y a cette vivacité lumineuse que vous obtiendriez en regardant un tube cathodique traditionnel.