Ống Nano - Dấu chấm hết cho công nghệ Plasma

Discussion in 'Công nghệ nghe nhìn' started by Tubes, 7/2/07.

  1. Tubes

    Tubes Advanced Member

    Joined:
    4/12/05
    Messages:
    242
    Likes Received:
    6
    Location:
    Hà Nội
    Bài báo này đọc cũng lâu lắm rồi post lại để bà con tham khảo

    ỐNG NANO - DẤU CHẤM HẾT ĐỐI VỚI CÔNG NGHỆ HIỂN THỊ PLASMA

    Bối cảnh

    Hiện các nhà chế tạo máy thu hình plasma cho rằng, "đèn hình" plasma sẽ là công nghệ hiển thị tối hậu của truyền hình với màn hình phẳng, mỏng, khổ lớn có thể treo hoặc ốp lên tường. Vậy, bạn còn muốn gì nữa? Song, đối với "dân" tiêu dùng ngoại đạo vấn đề không đơn giản như vậy. Ngoài giá thành các máy thu hình plasma rất cao, thường không dưới 5.000 USD/máy, tiêu thụ điện thường rất lớn, gấp nhiều lần so với đèn hình chân không CTR (Cathode Ray Tube) cùng cỡ, khiến chi phí vận hành đội lên đến mức nhiều người tiêu dùng khó chấp nhận, cho dù họ không quá ngần ngại đầu tư ban đầu. Còn dân kỹ thuật thì sao? Một số đề cập đến những rắc rối có thể xảy ra trong việc cung cấp năng lượng, nếu chúng thay thế hoàn toàn các công nghệ cũ. Điều đó không phải là không có lý. Thực vậy, theo Hội điện tử tiêu dùng (CEA) tại Arlington, thì năm 2002 nước Mỹ tiêu thụ cỡ 30 triệu máy thu hình kỹ thuật tương tự (analog) và số (digital), tốn khoảng trên 12 tỷ USD. Nếu tất cả dùng màn hình plasma thì số tiền bỏ ra không ít hơn 120 tỷ USD mà tổng công suất điện tiêu thụ tăng lên gấp khoảng 10 lần so với kỹ thuật CTR, dao động trong khoảng 12.000-21.000 MW. Nếu tất cả là công nghệ CTR, công suất tiêu thụ chỉ khoảng 1.200 đến 2.100 MW. Số chênh làm tròn cỡ từ 10.000 đến 19.000 MW (công suất cỡ 5 đến gần 10 nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình, Việt Nam). Bởi vậy, công nghệ nano vào cuộc trên cơ sở sử dụng ống nano cácbon và quy trình chế tạo nano, tạo ra loại đèn hình hiệu ứng trường với công suất tiêu thụ không lớn hơn loại công nghệ CTR, nhưng chất lượng hình ảnh vượt trội so với công nghệ plasma và các công nghệ khác.

    Ống nano cácbon vào cuộc

    Theo các kết quả mới đây của các nhóm nghiên cứu ở Mỹ, châu Âu và châu Á, công nghệ nano mà cụ thể là ống nano cácbon và công nghệ chế tạo đi kèm sẽ quyết định trình độ phát triển trong tương lai của công nghệ hiển thị bởi nhiều tính năng vượt trội của nó. Tại sao vậy? Một màn hình chất lượng cao phải hội đủ các ưu điểm về hình ảnh, kích thước hình học, tuổi thọ và độ tin cậy, công suất tiêu thụ và giá cả. Chất lượng hình ảnh là độ nét/độ phân giải, mầu sắc trung thực, độ chói, độ tương phản, góc nhìn, độ méo hình (đặc biệt ở vùng ria màn hình) và tốc độ khuôn hình; kích thước hình học liên quan đến khả năng chế tạo các khổ lớn mà không phương hại đến tiêu chuẩn chất lượng. Cho đến nay các công nghệ hiện có đã thoả mãn khá tốt yêu cầu chất lượng nói trên. Vậy yếu tố nào làm cho màn hình bức xạ trường dùng ống nano cácbon cải thiện rõ rệt các tiêu chuẩn kể trên? Để trả lời ta hãy lần ngược trở lại cơ chế làm việc của các loại màn hình bức xạ trường.

    Trước khi đi vào phân tích ưu nhược điểm của màn hình bức xạ trường dùng ống nano cacbon, hãy điểm qua các màn hình công nghệ khác. Biết rằng ở màn hình loại này, để tạo ra ánh sáng thấy được trên bề mặt của màn hiển thị, người ta phải ion hoá một chất khí đến độ bức xạ ra tia cực tím đủ mạnh để kích hoạt phân tử phôtpho phát ra ánh sáng. Còn ở công nghệ màn hình tinh thể lỏng có hai nhược điểm đáng kể là góc nhìn hẹp và khó chế tạo màn hình khổ lớn mà không có khuyết tật.

    Các đèn hình bức xạ trường bỏ qua bước ion hóa rất tốn năng lượng ở đèn hình plasma. Cụ thể là, trước hết nó tạo ra nguồn điện tử tự do, rồi nhờ chênh áp điện thế giữa hai cực của đèn, các điện tử này phóng qua một khoảng cách trong chân không làm cho các điện tử này đập vào phân tử của chất phát quang khiến nó bị kích thích mà bức xạ ra phôtôn/ánh sáng với những bước sóng khác nhau (tức là mầu sắc khác nhau). Đèn hình CTR truyền thống và đèn hình bức xạ trường dùng ống nano cácbon đều dựa trên nguyên lý bức xạ trường với chi tiết trung tâm là cực catôt. Cái khác nhau cơ bản giữa hai công nghệ này tập trung vào kết cấu của cực catôt: một catôt đơn hay một "rừng" các catốt phần tử kích thước nanomét và cách tạo nguồn điện tử bức xạ. Ở công nghệ CTR người ta phải đốt nóng catôt, còn công nghệ mới thì sử dụng hiệu ứng đường hầm kết hợp với biện pháp tăng cường độ trường cục bộ bằng việc tạo hình dạng catôt thích hợp. Do đó có thể thấy ngay, bằng công nghệ mới ta có khả năng giảm hơn nữa năng lượng tiêu thụ. Cơ chế tạo sự tăng vọt cường độ điện trường cục bộ ngắn gọn như sau: theo quy luật tĩnh điện, điện tích không phân bố đều trên bề mặt vật mà tập trung tại nơi có độ cong lớn nhất, nghĩa là vật dẫn càng nhọn, mật độ điện tích - ứng với cường độ trường - càng lớn. Cho nên tại đỉnh mũi catôt, để phóng các điện tử khỏi bề mặt chỉ cần một chênh lệch điện thế nhỏ hơn chỗ khác rất nhiều (giống như ở cọc thu lôi). Nếu một catôt phần tử có hệ số hình dáng (định nghĩa bằng tỷ số giữa đường kính và độ dài) như của một cọc thu lôi thì một hiệu điện thế khiêm tốn cỡ 30 V hoặc ít hơn đã có thể tạo ra một trường điện tập trung tại mũi lên đến 107-108 V/cm. Với cường độ trường này, hiệu ứng đường hầm có thể xảy ra khiến các điện tử bứt khỏi điện cực mà không cần đốt nóng lên như ở các đèn hình CRT. Trên thực tế, trong các đèn hình loại mới này người ta dùng hiệu điện thế lớn hơn nhiều, khoảng 5 kV (ở các đèn CRT trị số này gấp hơn 2 đến 3 lần), vì thế hiệu ứng đường hầm chắc chắn xảy ra. Dưới hiệu điện thế này các điện tử vừa bứt khỏi catôt được phóng về phía anôt, cực dương áp sát lớp kính màn hình có tráng một lớp dày đặc các chấm điểm phốtpho và các chấm điểm này sáng lên mỗi khi va đập với điện tử, hình thành điểm ảnh thấy được.

    Để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy cao, hay ít nhất có thể chấp nhận được, việc chọn công nghệ và vật liệu cũng là cả một quá trình gian nan. Thoạt đầu các phần tử catốt làm bằng kim loại phù hợp như molibđen, có dạng hình côn, nhỏ xíu. Trong quá trình bức xạ electrôn, mũi của các catốt phần tử thường khá nóng, làm nóng chảy cục bộ khiến nó dễ bị biến dạng và có nguy cơ các yếu tố hình dạng cần có để tạo ra điện trường bức xạ phù hợp bị phá hoại, ngoài ra còn gây ra hiện tượng nhiệt hồi tiếp tăng khả năng phá huỷ catốt, đồng thời khi bị đốt nóng, lớp vật liệu trên bề mặt catốt bắt đầu phản ứng hoá học với khí dư trong môi trường chân không làm catốt bị nhiễm bẩn, tính năng bức xạ của nó vì thế tiếp tục bị suy giảm. Như vậy, vấn đề chọn vật liệu chế tạo catốt nảy sinh. Vật liệu lý tưởng của chi tiết này phải đảm bảo có tính dẫn điện, dễ tạo được hình dạng mũi nhọn, giảm tối đa nhiệt hồi tiếp, trơ với các phản ứng hoá học và giữ được hệ số hình dạng dù ở nhiệt độ cao. ống nano cácbon thoả mãn gần như hoàn hảo các tiêu chí trên. Thực vậy, loại vật liệu này không nóng chảy mà chỉ thăng hoa ở nhiệt độ 25000C nên luôn duy trì được các thông số hình học cần thiết, không biến dạng dẻo; dẫn điện với các đặc tính ưu việt của một chất bán dẫn (điện trở giảm khi nhiệt độ tăng) nên loại bỏ được nhiệt hồi tiếp; với khí sót của môi trường chân không nó khá trơ về mặt hoá học nên tính năng bức xạ suy giảm ở mức độ tối thiểu.

    "Tỳ vết" của vật liệu ống nano cácbon là giá thành. Hiện còn rất đắt, đắt gấp nhiều lần vàng ròng. Tuỳ theo ống vách đơn hay ống nhiều vách và độ sạch mà đơn giá hết sức khác nhau. Giá 1 gam ống vách đơn có độ sạch cao dao động từ 500 đến 1.000 USD, nhưng ống nhiều vách chỉ 100 đến 200 USD do loại này chế tạo dễ hơn, ít tốn kém hơn. Thật đáng ngạc nhiên đối với các nhà công nghệ truyền thống! Rất may, do các tương tác ở cấp độ nanomét, mặc dù còn nhiều vấn đề bỏ ngỏ, về cơ bản tính dẫn điện của ống nhiều vách chủ yếu do ống ngoài cùng quyết định và gần giống như ống vách đơn, loại ống đã được nghiên cứu khá kỹ trong các phòng thí nghiệm, tính dẫn điện chủ yếu xảy ra trên hướng trục ống.

    Chế tạo chi tiết catốt cho các màn hình loại này có thể nói là cực kỳ phức tạp, song đồng thời nó cũng là địa bàn áp dụng rộng lớn nhất của vật liệu ống nano mà các nhà công nghệ gọi nó là đội quân tiên phong trong cuộc cách mạng công nghệ nano thế kỷ XXI, và đem lại khoản thu rất lớn cho các nhà chế tạo màn hình. Có thể xếp các loại công nghệ chế tạo được biết hiện nay vào 2 loại: nuôi trên một đế trong môi trường xúc tác là kim loại chuyển tiếp (transition metal) và in lưới với loại "mực" đặc biệt dạng dung dịch của vật liệu hỗn hợp ống nano vách đơn và nhiều vách theo một tỷ lệ nhất định trong "dung môi" nhựa cảm quang. Yếu tố quan trọng trong công nghệ nuôi là kiểm soát hướng phát triển và chiều dài của ống. Trên cơ sở nghiên cứu cơ bản của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA), Mỹ, nhóm các cộng sự tại Đại học Cambridge, Anh, đã nuôi được các ống vách đơn đa phần có kích thước đồng nhất, đường kính 1,3 nm nhờ xúc tác kim loại. Để giải quyết vấn đề tích hợp thành kết cấu chi tiết tổng thành, họ đã trực tiếp nuôi trên một giá đỡ mà sau này trở thành một phần hữu cơ của catốt sau khi đã dùng công nghệ quang khắc để chế tạo lớp xúc tác kim loại. ở đây hướng phát triển trực giao với bề mặt giá đỡ. Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Tenn., Mỹ) nuôi theo hướng trực giao được các ống nano cácbon nhiều vách, Đường kính từ 60 đến 100 nm, dài 1.000 nm. Họ nói rằng, trong điều kiện thuận lợi có thể giảm đường kính xuống 2 đến 3 lần, tương ứng với điểm xúc tác, tạo nên những kết cấu lý tưởng cho màn hình bức xạ trường có độ phân giải cao, chất lượng hoàn hảo. Hãng Samsung, Hàn Quốc, một mặt là thành viên của tổ chức hợp tác quốc tế phát triển công nghệ này, nhưng mặt khác lại theo đuổi riêng một chương trình đặc trưng cho công nghệ in lưới nói trên. Để khai thác tối đa công nghệ in lưới giá thành hạ, họ dùng loại kết cấu bức xạ trường bên (lateral field emitter) - không trực giao như công nghệ kia, các cặp catôt -anốt đặt song song nhau, tuy nó làm phương chuyển động của điện tử trực giao với phương cần thiết nhưng lại dùng một cực lưới trung gian lái điện tử ngoặt đi 900 trở về phương cần thiết để có thể đập vào các phân tử phốtpho phát ánh sáng nhìn thấy. Có thể nói, giải pháp dùng lưới điều chỉnh quỹ đạo điện tử như thế này không hề đơn giản về mặt chế tạo - một thách thức lớn trong công nghệ, trước hết cần thoả mãn ràng buộc về độ chính xác sao cho điện tử dứt khoát chỉ đập vào điểm ảnh phốtpho mầu đỏ, xanh lá cây hoặc xanh dương, nếu không, sẽ xảy ra hiện tượng trộn mầu không mong muốn. Nhưng, trên thực tế, thông qua cuộc trình diễn thành công màn hình 38 inch vừa rồi, xem ra họ đã khắc phục được những khó khăn chất chồng này. Cần lưu ý rằng, khoảng cách giữa catôt và lớp tráng phốt pho rất nhỏ và do vậy người ra bỏ đi cuộn lái tia thường thấy trong các máy thu truyền thống đèn CRT, góp phần cải thiện độ tin cậy chung của thiết bị. Một chi tiết nữa cũng làm ta rất ấn tượng là các điểm ảnh ở màn hình này chỉ cách nhau 0,8 mm chứ không phải 1 mm như ở đèn hình plasma, cho nên nó có độ phân giải cao hơn - hình nét hơn.

    Và như vậy không lâu nữa các màn hình panô khổ lớn, phẳng, mỏng sẽ xuất hiện đại trà trên thị trường truyền hình, hiển thị và người tiêu dùng có trong tay một công cụ tuyệt hảo, công nghệ nano cũng nhờ đó mà phát triển, quảng bá với tốc độ nhanh hơn.

    (Nguồn: Tạp chí Hoạt động Khoa học)
     

    Attached Files:

    Tags:
  2. danlangven

    danlangven Advanced Member

    Joined:
    26/5/06
    Messages:
    2.086
    Likes Received:
    9
    Location:
    SG-HN
    Đọc xong ooong hết cả đầu :D
    ..chỉ biết rằng nếu đúng vậy thì plasma chuẩn bị xuống giá trong "tuơng lai" :D
     
  3. The Victim

    The Victim Advanced Member

    Joined:
    20/10/06
    Messages:
    133
    Likes Received:
    1
    Như vậy với công nghệ ống nano này:
    - Hội tụ tất cả các ưu điểm của các công nghệ hiện thị (CRT, Plasma LCD), gần như không có nhược điểm về chất lượng hiển thị.
    - Vấn đề còn lại chỉ là giá thành sản xuất và thời điểm thương mại hóa.
     
  4. donothing

    donothing Advanced Member

    Joined:
    1/11/06
    Messages:
    301
    Likes Received:
    2
    Location:
    HCMC
    Chào các bác !
    Chủ đề này hay quá ...
    Thực ra các nhà khoa học đã miệt mài phát triển và áp dụng hiệu ứng trường trong ống nano carbon thành màn hình từ những năm 1976. Họ gọi là Carbon Nanotube – Field Emission Display (CNT-FED). Tuy nhiên cho đến tận bây giờ chúng ta vẫn chưa được thưởng thức một màn hình đích thực từ công nghệ này.
    Có một vài điểm làm em thắc mắc là:
    1. Khoảng cách giữa các điểm ảnh của CNT-FED là 0,8mm liệu có cao hơn công nghệ CRT hiện nay đang là dưới 0,6mm (cái này em không nhớ chắc lắm, sẽ kiểm tra và bổ sung lại sau)
    2. "Một chi tiết nữa cũng làm ta rất ấn tượng là các điểm ảnh ở màn hình này chỉ cách nhau 0,8 mm chứ không phải 1 mm như ở đèn hình plasma" Khoảng cách giữa 2 điểm ảnh màn hình plasma Hitachi từ năm 1997 đã đạt 0,81mm. (tham khảo tại: http://www.hitachi.com/New/cnews/E/1997/971001B.html)
    3. Bác viết "Cần lưu ý rằng, khoảng cách giữa catôt và lớp tráng phốt pho rất nhỏ và do vậy người ra bỏ đi cuộn lái tia thường thấy trong các máy thu truyền thống đèn CRT". Theo em nghĩ đem cuộn lái tia vào chỗ này có vẻ không ổn vì bản chất của việc điều khiển chùm tia điện tử trong kỹ thuật CRT khác hoàn toàn với việc điều khiển các ống phát xạ trong CNT-FED. Hay nói cách khác việc điều khiển hiển thị hình ảnh trong CNT-FED thực ra là kỹ thuật đang áp dụng cho LCD và Plasma.
    Theo em đánh giá, CNT-FED là kết hợp của CRT - LCD-Plasma - CNT-FED.

    Thân !
     
  5. donothing

    donothing Advanced Member

    Joined:
    1/11/06
    Messages:
    301
    Likes Received:
    2
    Location:
    HCMC
  6. dat7up

    dat7up Approved Member

    Joined:
    10/12/08
    Messages:
    42
    Likes Received:
    0
    chính vì nó mà màn LCD hiện nay hạ gí khủng khiếp
     

Share This Page

Loading...