Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các ống nano và các sợi nano các-bon để chế tạo ra nhiều loại thiết bị dẻo, trong suốt ví dụ như các bóng OLED, các transistor và pin mặt trời. Nhưng việc phát triển các cực phát xạ trường electron dẻo và trong suốt được chế tạo bằng những vật liệu nano này vẫn là một thách thức. Trong một nghiên cứu mới được công bố, một nhóm nghiên cứu của Nhật Bản và Malaixia đã chứng minh được bí quyết để vượt qua thách thức này là ở cấu hình độc nhất của các cấu trúc nano các-bon dạng nón (CNCS).
Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã chứng minh cách chế tạo các cấu trúc CNCS trên một chất nền dẻo, trong suốt ở nhiệt độ thường. Sau đó, những cực phát xạ electron dựa trên CNCS này có thể được sử dụng làm nguồn phát xạ trường electron (FEE) cho các màn hình phát xạ dẻo trong suốt, (FED). FED là một dạng màn hình tấm phẳng mới có những ưu điểm như có độ tương phản cao và có công suất tiêu thụ điện thấp hơn so với các màn hình tinh thể lỏng (LCD).
Tuy nhiên, để chế tạo các FED trong suốt rất khó bởi vì phát xạ trường electron đòi hỏi một điện trường và điện áp hoạt động rất cao. Để đạt được điện áp cao này, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các bề mặt có cấu trúc mũi nhọn sắc gồ ghề vì điện trường được tăng cao xung quanh những vùng mũi nhọn này, khiến cho điện áp hoạt động được giảm mạnh. Vì lý do này, cấu trúc bề mặt gồ ghề thường cần thiết đối với các nguồn phát trường electron thực tiễn, nhưng cho tới nay độ gồ ghề lại không cho phép tạo ra độ trong suốt.
Bằng cách chế tạo ra các CNCS nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng khả kiến, nhóm nghiên cứu nhận thấy họ có thể vượt qua thách thức này để chế tạo ra các cực phát trường electron dẻo và trong suốt. Nhóm nghiên cứu cho biết, lần đầu tiên CNCS đã mang lại độ trong suốt và độ dẻo cho các nguồn FEE. Để chế tạo các vật liệu trong suốt dựa trên CNCS, cần phải kiểm soát đường kính và chiều dài của các CNCS. Nhóm nghiên cứu đã kiểm soát thành công đường kính và chiều dài của các CNCS nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng khả kiến ở nhiệt độ thường bằng cách sử dụng phương pháp bức xạ ion.
Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã bắn phá một chất nền nafion bằng các ion agon trong 30 giây ở nhiệt độ thường. Bức xạ được sản sinh ra một cách không đồng đều phân bố các CNCS trên toàn bề mặt nafion. Các nhà khoa học đã đo được các CNCS cá thể có đường kính cơ bản vào khoảng 200 nanomet và có độ dài/chiều cao khoảng vài trăm nano mét, nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng khả kiến. Nói chung, các tính chất phát xạ của vật liệu (các trường phát sáng và ngưỡng của nó) có thể sánh được với những cực phát electron mờ đục trước đó.
Theo nhóm nghiên cứu giải thích, phương pháp mới sử dụng các CNCS để xây dựng các cực phát xạ trường electron dẻo và trong suốt có một số lợi thế. Phương pháp này đơn giản ở điểm nó có thể thực hiện ở nhiệt độ thường, không cần chất xúc tác và không gây nguy hiểm hoặc làm tổn hại tới vật liệu.