Nanokohlenstoff sorgt für bessere Bildgebung

Moderne Bildgebung und elektronische Bauelemente erfordern die Entwicklung von effizienten Elektronenquellen. Auf der Suche nach neuen Kathoden, die einen starken Elektronenfluss bei geringem Energieverbrauch erzeugen können, haben Kohlenstoffmaterialien recht viel Aufmerksamkeit erregt. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Feldemissionseigenschaften sollte man über eine Realisierung der Steuerung von Morphologie und Eigenschaften von Nanokohlenstoffspezies viele spannende Möglichkeiten in dieser Richtung eröffnen können.

Mit den EU-Finanzhilfen des Projekts "Fundamentals and applications of nano-carbon electron emitters" (FANCEE) schaffen die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die fundamentalen Eigenschaften und Anwendungspotenziale von Werkstoffen auf Basis von Nanokohlenstoff. Bei FANCEE steht insbesondere die Enthüllung der grundlegenden Mechanismen der thermionischen und lasergestützten Elektronenemission dieser Materialien im Mittelpunkt. Mit der Schaffung einer Beziehung zwischen den Struktur- und Elektronenemissionseigenschaften sollten die Wissenschaftler in die Lage versetzt werden, effiziente und stabile Emissionsquellen zu erzielen, was wiederum dazu beitragen wird, starke Elektronenkanonen und effiziente kathodolumineszente Lichtquellen zu realisieren.

Die Forscher konnten beweisen, dass es die nanometrische Krümmung der Diamantnadelspitze ermöglicht, eine neue Klasse von Hochleistungselektronenkanonen zu konzipieren. Das entwickelte Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung hat die Herstellung von großflächigem Dünnschicht-Graphen möglich gemacht, das für verschiedene optoelektronische Bauelemente eingesetzt werden kann.

Mit Hilfe experimenteller Daten konnte FANCEE die Feldemissionseigenschaften der Nanokohlenstoffkathoden mit verschiedenen morphologischen, die Zusammensetzung betreffenden und strukturellen Eigenschaften bestimmen. Das thermionische und die Feldemission betreffende Regime und dessen wechselseitige Transformationen wurden gleichermaßen für verschiedene Kohlenstoffschichten untersucht.

Abgesehen von der Glühemission haben die Wissenschaftler überdies die lasergestützte Feldemission durch Bestrahlung von Materialien auf Graphenbasis mit ultrakurzen Impulsen untersucht. Die Studienresultate dienten der Erläuterung der experimentellen Ergebnisse, die bei Nanographit- und Kohlenstoffnanoröhrchen-Kathoden erzielt wurden.

Man entwickelte mit Erfolg Prototypen einer kathodolumineszenten Lampe sowie einer Röntgenröhre. Der Prototyp einer Elektronenkanone für den Bordbetrieb ist derzeit in einem Satelliten im Einsatz.

FANCEE erstellte viele Berichte und organisierte eine Reihe von Treffen und Workshops, um die Ergebnisse bekanntzugeben. Das Projekt wird zweifellos grundlegend neue Einblicke in die außergewöhnlichen Feldemissionseigenschaften von Nanokohlenstoffstrukturen liefern.