p Mesmo com o Prêmio Nobel de Física de 2014 consagrado diodos emissores de luz (LEDs) como a solução de iluminação com eficiência energética mais significativa e disruptiva da atualidade, cientistas em todo o mundo continuam inabaláveis ​​na busca pelas lâmpadas ainda melhores de amanhã. p Digite a eletrônica de carbono.

p Eletrônica baseada em carbono, especialmente nanotubos de carbono (CNTs), estão surgindo como sucessores do silício para a fabricação de materiais semicondutores. E eles podem permitir uma nova geração de mais brilhantes, baixo consumo de energia, dispositivos de iluminação de baixo custo que podem desafiar o domínio dos diodos emissores de luz (LEDs) no futuro e ajudar a atender à demanda cada vez maior da sociedade por lâmpadas mais verdes.

p Cientistas da Universidade Tohoku, no Japão, desenvolveram um novo tipo de fonte de luz plana com eficiência energética baseada em nanotubos de carbono com consumo de energia muito baixo, de cerca de 0,1 Watt para cada hora de operação - cerca de cem vezes menor do que um LED.

p No jornal Revisão de instrumentos científicos , da publicação AIP, os pesquisadores detalham a fabricação e otimização do dispositivo, que é baseado em uma tela de fósforo e nanotubos de carbono de parede única como eletrodos em uma estrutura de diodo. Você pode pensar nisso como um campo de filamentos de tungstênio reduzido a proporções microscópicas.

p Eles montaram o dispositivo a partir de uma mistura líquida contendo nanotubos de carbono de parede única altamente cristalinos dispersos em um solvente orgânico misturado com um produto químico parecido com sabão conhecido como surfactante. Então, eles "pintaram" a mistura no eletrodo positivo ou cátodo, e arranhou a superfície com uma lixa para formar um painel leve capaz de produzir uma grande corrente de emissão estável e homogênea com baixo consumo de energia.

p "Nosso painel simples de 'diodo' poderia obter alta eficiência de brilho de 60 lúmen por watt, que possui excelente potencial para um dispositivo de iluminação com baixo consumo de energia, "disse Norihiro Shimoi, o pesquisador principal e professor associado de estudos ambientais na Universidade Tohoku.

p A eficiência de brilho diz às pessoas quanta luz está sendo produzida por uma fonte de iluminação ao consumir uma quantidade unitária de energia elétrica, que é um índice importante para comparar a eficiência energética de diferentes dispositivos de iluminação, Shimoi disse. Por exemplo, Os LEDs podem produzir 100s Lumen por Watt e OLEDs (LEDs orgânicos) em torno de 40.

p Embora o dispositivo tenha uma estrutura semelhante a um diodo, seu sistema de emissão de luz não é baseado em um sistema de diodo, que são feitos de camadas de semicondutores, materiais que agem como um cruzamento entre um condutor e um isolador, cujas propriedades elétricas podem ser controladas com a adição de impurezas chamadas dopantes.

p Os novos dispositivos têm sistemas de luminescência que funcionam mais como tubos de raios catódicos, com nanotubos de carbono atuando como cátodos, e uma tela de fósforo em uma cavidade de vácuo atuando como o ânodo. Sob um forte campo elétrico, o cátodo emite forte, feixes de elétrons de alta velocidade através de suas pontas afiadas de nanotubos - um fenômeno chamado emissão de campo. Os elétrons então voam através do vácuo na cavidade, e acertou a tela de fósforo em um brilho.

p "Descobrimos que um cátodo com nanotubos de carbono de parede única altamente cristalinos e um ânodo com tela de fósforo aprimorada em nossa estrutura de diodo não obteve corrente de emissão de campo de cintilação e boa homogeneidade de brilho, "Shimoi disse.

p Fontes de elétrons de emissão de campo chamam a atenção dos cientistas devido à sua capacidade de fornecer feixes de elétrons intensos que são cerca de mil vezes mais densos do que o cátodo termiônico convencional (como os filamentos em uma lâmpada incandescente). Isso significa que as fontes de emissão de campo requerem muito menos energia para operar e produzir um fluxo de elétrons muito mais direcional e facilmente controlável.

p Nos últimos anos, nanotubos de carbono surgiram como um material promissor de emissores de campo de elétrons, devido à sua forma de agulha em escala nano e propriedades extraordinárias de estabilidade química, condutividade térmica e resistência mecânica.

p Nanotubos de carbono de parede única altamente cristalinos (HCSWCNT) têm quase zero defeitos na rede de carbono na superfície, Shimoi explicou. “A resistência do eletrodo catódico com nanotubo de carbono de parede única altamente cristalino é muito baixa. o novo dispositivo de tela plana tem menor perda de energia em comparação com outros dispositivos de iluminação atuais, que podem ser usados ​​para fazer cátodos com baixo consumo de energia e com baixo consumo de energia. "

p "Muitos pesquisadores tentaram construir fontes de luz com nanotubos de carbono como emissores de campo, "Shimoi disse." Mas ninguém desenvolveu um dispositivo de iluminação equivalente e mais simples. "

p Considerando a etapa principal para a fabricação do dispositivo - o processo de revestimento úmido é um processo de baixo custo, mas estável para fabricar grandes áreas e películas uniformemente finas, o dispositivo de emissão de plano plano tem o potencial de fornecer uma nova abordagem à iluminação no estilo de vida das pessoas e reduzir as emissões de dióxido de carbono na Terra, Shimoi disse.