Amorphous silicon thin-film transistors (a-Si TFTs) were incorporated into Mo-tip-based triode-type field emitters and diode-type ones of carbon nanotubes for an active-matrix cathode (AMC) plate of field emission displays. Also, we developed a novel surface-treatment process for the Mo-tip fabrication, which gleatly enhanced in the stability of field emission. The field emission currents of AMC plates on glass substrate were well controlled by the gate bias of a-Si TFTs. Active-matrix field emission displays (AMFEDs) with these AMC plates were demonstrated in a vacuum chamber, showing low-voltage matrix addressing, good stability and reliability of field emission, and highly uniform light emissions from the anode plate with phosphors. The optimum design of AMFEDs including a-Si TFTs and a new light shield/focusing grid is discussed.
Our work on $Sc_2O_3-W$ matrix dispenser cathodes had been reviewed in this paper. The cathode with uniform distribution of $Sc_2O_3$ had been obtained using liquid-liquid doping method. The cathode had excellent emission property, i.e., the emission current density in pulse condition could reach over $35A/cm^2$. It was found that the cathode surface was covered by a Ba-Sc-O active substance multilayer with a thickness of about 100 nm, which was different from the monolayer and semiconducting layer in thickness. Furthermore, the observation results displayed that nanoparticles appeared at the growth steps and the surface of tungsten grains of the fully activated cathode. The calculation result indicated that the nanoparticles could cause the increase of local electric field strengths. We proposed the emission model that both the Ba-Sc-O multilayer and the nanoparticles distributing mainly on the growth steps of the W grains contributed to the emission. The future work on this cathode has been discussed.
The active-matrix field emission display (AMFED) was fabricated by integrating carbon nanotube emitters on a-Si thin-film transistors. Also, the tapered macro-gate was adopted for high immunity to a high anode voltage and strong electron beam focusing. The fabricated AMFED was successfully driven with a low voltage of below 15 V.
The actively addressable carbon nanotube (CNT) emitters have been studied for stable and low-voltage driving field emission display (FED). The a-Si TFT and screen-printed CNT emitters were successfully integrated to fabricate the diode type active-matrix cathode and FED panel. Also, we propose a new FED architecture based on the actively controlled triode CNT emitters showing the properties of ideal triode type cathode with electron beam focusing effect.
We successfully developed a-Si TFT controlled active matrix cathode (AMC) with gated Mo emitters. Also, we could remove emitter failures of the AMC through a novel surface treatment of Mo-tips, which indicates reduction of $MoO_3$ or chemical wet etching of $MoO_3$ by surface treatment. Transient behaviors of the AMC are strongly dependent on not only DC characteristics of device but also the device structure. Brightness and gray scale were well realized by low-voltage scan and data signals addressed to a-Si TFTs.
High potential and fast electron transfer of a cathode mediator are significant factors for improving the performance of biofuel cells. This paper reports the first synthesis of a cathode redox polymer that is a coordination complex of poly (acrylic acid-vinylpyridine-acryl amide) (PAA-PVP-PAA) and [Os(4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine)$_2Cl_2]^{/+}$ ($E^{\circ}=0.48V$ versus Ag/AgCl). Bilirubin oxidase can be easily incorporated into this polymer matrix, which carried out the four-electron oxygen under typical physiological conditions (pH 7.2, 0.14 M NaCl, and $37^{\circ}C$). This new polymer showed an approximately 0.1 V higher redox potential than existing cathode mediators such as PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. In addition, we suggest increasing the polymer solubility with two hydrophilic groups present in the polymer skeleton to further improve fast electron transfer within the active sites of the enzyme. The maximum power density achieved was 60% higher than that of PAA-PVI-$[Os(dCl-bpy)_2Cl]^{+/2+}$. Furthermore, high current density and electrode stability were confirmed for this osmium polymer, which makes it a promising candidate for high-efficiency biofuel cells.
We present, for the first time, a prototype active-matrix field emission display (AMFED) in which an amorphous silicon thin-film transistor (a-Si TFT) and a molybdenum-tip field emitter array (Mo-tip FEA) were monolithically integrated on a glass substrate for a novel active-matrix cathode (AMC) plate. The fabricated AMFED showed good display images with a low-voltage scan and data signals irrespective of a high voltage for field emissions. We introduced a light shield layer of metal into our AMC to reduce the photo leakage and back channel currents of the a-Si TFT. We designed the light shield to act as a focusing grid to focus emitted electron beams from the AMC onto the corresponding anode pixel. The thin film depositions in the a-Si TFTs were performed at a high temperature of above 360°C to guarantee the vacuum packaging of the AMC and anode plates. We also developed a novel wet etching process for $n^+-doped$ a-Si etching with high etch selectivity to intrinsic a-Si and used it in the fabrication of an inverted stagger TFT with a very thin active layer. The developed a-Si TFTs performed well enough to be used as control devices for AMCs. The gate bias of the a-Si TFTs well controlled the field emission currents of the AMC plates. The AMFED with these AMC plates showed low-voltage matrix addressing, good stability and reliability of field emission, and good light emissions from the anode plate with phosphors.
Lithium batteries based on elemental sulfur as the cathode-active material capture great attraction due to the high theoretical capacity, easy availability, low cost and non-toxicity of sulfur. Although lithium/sulfur (Li/S) primary cells were known much earlier, the interest in developing Li/S secondary batteries that can deliver high energy and high power was actively pursued since early 1990’s. A lot of technical challenges including the low conductivity of sulfur, dissolution of sulfur-reduction products in the electrolyte leading to their migration away from the cathode, and deposition of solid reaction products on cathode matrix had to be tackled to realize a high and stable performance from rechargeable Li/S cells. This article presents briefly an overview of the studies pertaining to the different aspects of Li/S batteries including those that deal with the sulfur electrode, electrolytes, lithium anode and configuration of the batteries.
Electrochromic (EC) devices are capable of reversibly changing their optical properties upon charge injection and extraction induced by the external voltage. The characteristics of the EC device, such as low power consumption, high coloration efficiency, and memory effects under open circuit status, make them suitable for use in a variety of applications including smart windows and electronic papers. Coloration due to reduction or oxidation of redox chromophores can be used for EC devices (e-paper), but the switching time is slow (second level). Recently, with increasing demand for the low cost, lightweight flat panel display with paper-like readability (electronic paper), an EC display technology based on dye-modified $TiO_2$ nanoparticle electrode was developed. A well known organic dye molecule, viologen, was adsorbed on the surface of a mesoporous $TiO_2$ nanoparticle film to form the EC electrode. On the other hand, ZnO is a wide bandgap II-VI semiconductor which has been applied in many fields such as UV lasers, field effect transistors and transparent conductors. The bandgap of the bulk ZnO is about 3.37 eV, which is close to that of the $TiO_2$ (3.4 eV). As a traditional transparent conductor, ZnO has excellent electron transport properties, even in ZnO nanoparticle films. In the past few years, one-dimension (1D) nanostructures of ZnO have attracted extensive research interest. In particular, 1D ZnO nanowires renders much better electron transportation capability by providing a direct conduction path for electron transport and greatly reducing the number of grain boundaries. These unique advantages make ZnO nanowires a promising matrix electrode for EC dye molecule loading. ZnO nanowires grow vertically from the substrate and form a dense array (Fig. 1). The ZnO nanowires show regular hexagonal cross section and the average diameter of the ZnO nanowires is about 100 nm. The cross-section image of the ZnO nanowires array (Fig. 1) indicates that the length of the ZnO nanowires is about $6\;{\mu}m$. From one on/off cycle of the ZnO EC cell (Fig. 2). We can see that, the switching time of a ZnO nanowire electrode EC cell with an active area of $1\;{\times}\;1\;cm^2$ is 170 ms and 142 ms for coloration and bleaching, respectively. The coloration and bleaching time is faster compared to the $TiO_2$ mesoporous EC devices with both coloration and bleaching time of about 250 ms for a device with an active area of $2.5\;cm^2$. With further optimization, it is possible that the response time can reach ten(s) of millisecond, i.e. capable of displaying video. Fig. 3 shows a prototype with two different transmittance states. It can be seen that good contrast was obtained. The retention was at least a few hours for these prototypes. Being an oxide, ZnO is oxidation resistant, i.e. it is more durable for field emission cathode. ZnO nanotetropods were also applied to realize the first prototype triode field emission device, making use of scattered surface-conduction electrons for field emission (Fig. 4). The device has a high efficiency (field emitted electron to total electron ratio) of about 60%. With this high efficiency, we were able to fabricate some prototype displays (Fig. 5 showing some alphanumerical symbols). ZnO tetrapods have four legs, which guarantees that there is one leg always pointing upward, even using screen printing method to fabricate the cathode.
Kim, Jumi;Oh, Jimin;Kim, Ju Young;Lee, Young-Gi;Kim, Kwang Man
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.22
no.3
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pp.87-103
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2019
Nonaqueous organic electrolyte solution in commercially available lithium-ion batteries, due to its flammability, corrosiveness, high volatility, and thermal instability, is demanding to be substituted by safer solid electrolyte with higher cycle stability, which will be utilized effectively in large-scale power sources such as electric vehicles and energy storage system. Of various types of solid electrolytes, composite solid electrolytes with polymer matrix and active inorganic fillers are now most promising in achieving higher ionic conductivity and excellent interface contact. In this review, some kinds and brief history of solid electrolyte are at first introduced and consequent explanations of polymer solid electrolytes and inorganic solid electrolytes (including active and inactive fillers) are comprehensively carried out. Composite solid electrolytes including these polymer and inorganic materials are also described with their electrochemical properties in terms of filler shapes, such as particle (0D), fiber (1D), plane (2D), and solid body (3D). In particular, in all-solid-state lithium batteries using lithium metal anode, the interface characteristics are discussed in terms of cathode-electrolyte interface, anode-electrolyte interface, and interparticle interface. Finally, current requisites and future perspectives for the composite solid electrolytes are suggested by help of some decent reviews recently reported.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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