Ένα νέο, σχεδόν μαγικό είδος φωτός έρχεται να αλλάξει τον τρόπο που φωτίζουμε τον κόσμο μας. Ερευνητές από την American Chemical Society παρουσίασαν ένα LED τόσο λεπτό όσο το χαρτί, το οποίο εκπέμπει ένα ζεστό, φυσικό φως σχεδόν πανομοιότυπο με εκείνο του Ήλιου. Χάρη στη χρήση νανοτεχνολογίας και συγκεκριμένα των λεγόμενων quantum dots, οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπαράγουν το πλήρες φάσμα του φυσικού φωτός, ανοίγοντας τον δρόμο για νέες εφαρμογές σε οθόνες, εσωτερικό φωτισμό και ακόμα και στη γεωργία.
Η ομάδα, με επικεφαλής τους Xianghua Wang και Lei Chen, ανέπτυξε μια υπέρλεπτη συσκευή φωτισμού που μπορεί να τοποθετηθεί σχεδόν παντού, από το εσωτερικό τοίχων έως εύκαμπτες οθόνες. Το αποτέλεσμα είναι ένα φως με «ηλιακή» απόδοση, πιο φιλικό για τα μάτια και λιγότερο επιβαρυντικό για τον ύπνο, καθώς αποφεύγει τη σκληρή μπλε ακτινοβολία που χαρακτηρίζει τα περισσότερα τεχνητά φώτα.
Σύμφωνα με τον Wang, η έρευνα αποδεικνύει ότι είναι εφικτή η δημιουργία εξαιρετικά λεπτών και ευέλικτων quantum dot LEDs που προσεγγίζουν με ακρίβεια το φάσμα του ηλιακού φωτός.
Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να οδηγήσουν στη νέα γενιά φιλικών προς τα μάτια οθονών, έξυπνου φωτισμού εσωτερικών χώρων και ακόμα και πηγών φωτός για εφαρμογές ευεξίας ή καλλιέργειας φυτών.
Η επιθυμία για φυσικό, «θερμό» φως δεν είναι καινούρια. Παλαιότερες προσπάθειες βασίστηκαν σε εύκαμπτα LEDs που χρησιμοποιούσαν κόκκινες και κίτρινες φθορίζουσες βαφές για να δημιουργήσουν μια αίσθηση παρόμοια με το φως των κεριών. Όμως η νέα τεχνολογία των quantum dots – μικροσκοπικών ημιαγωγών που μετατρέπουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε καθαρό, έγχρωμο φως – προσφέρει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια και ενεργειακή αποδοτικότητα. Το πρόβλημα μέχρι σήμερα ήταν ότι κανείς δεν είχε καταφέρει να αναπαραγάγει πλήρως το φάσμα του Ήλιου, κυρίως στις αποχρώσεις του κίτρινου και του πράσινου, εκεί όπου το φυσικό φως είναι πιο έντονο.
Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές σχεδίασαν τρεις τύπους quantum dots — κόκκινους, κιτρινοπράσινους και μπλε — οι οποίοι επικαλύφθηκαν με στρώμα ψευδαργύρου-θείου για μεγαλύτερη σταθερότητα. Προσδιόρισαν την ακριβή αναλογία χρωμάτων που απαιτείται ώστε το φως να μιμείται με τον πιο φυσικό τρόπο τον ήλιο. Το επόμενο βήμα ήταν η δημιουργία του ίδιου του QLED, το οποίο κατασκευάστηκε πάνω σε υπόστρωμα γυαλιού από οξείδιο ινδίου-κασσίτερου. Πάνω του τοποθετήθηκαν διαδοχικά αγώγιμα πολυμερή, το μείγμα των quantum dots, οξείδια μετάλλων και, τέλος, ένα λεπτό στρώμα αλουμινίου ή αργύρου. Το στρώμα των quantum dots είχε πάχος μόλις μερικών δεκάδων νανομέτρων — χιλιάδες φορές λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα — καθιστώντας τη συσκευή εξαιρετικά λεπτή, σχεδόν επίπεδη σαν ταπετσαρία.
Στις πρώτες δοκιμές, η υπέρλεπτη QLED λειτούργησε άψογα υπό τάση μόλις 11,5 Volt, αποδίδοντας έντονο, αλλά ταυτόχρονα απαλό, λευκό φως. Το φως αυτό είχε ενισχυμένες κόκκινες αποχρώσεις και μειωμένη ένταση στο μπλε φάσμα, κάτι που θεωρείται πιο ξεκούραστο για τα μάτια και ευνοϊκότερο για τον ύπνο. Επιπλέον, τα αντικείμενα που φωτίζονται από τη νέα πηγή εμφανίζονται πιο «ζωντανά», καθώς το φως πέτυχε βαθμολογία άνω του 92% στον δείκτη απόδοσης χρωμάτων — ένα αποτέλεσμα εξαιρετικά κοντά στη φυσική ηλιακή φωτεινότητα.
Σε επόμενη φάση, οι επιστήμονες κατασκεύασαν 26 δείγματα λευκών QLEDs, δοκιμάζοντας διαφορετικά αγώγιμα υλικά για να μειώσουν την απαιτούμενη τάση λειτουργίας. Οι νέες εκδόσεις πέτυχαν πλήρη φωτεινότητα με μόλις 8 Volt, ενώ το 80% των δειγμάτων ξεπέρασαν τη φωτεινότητα που απαιτείται για οθόνες υπολογιστών και τηλεφώνων. Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί εύκολα σε ηλεκτρονικές συσκευές, παρέχοντας φωτισμό υψηλής ποιότητας με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
Η εφαρμογή μιας τέτοιας τεχνολογίας ανοίγει νέους ορίζοντες: από οθόνες κινητών που προσαρμόζονται στο φυσικό φως της ημέρας έως φωτιστικά γραφείων που δεν κουράζουν τα μάτια και δεν επηρεάζουν τον κιρκαδικό ρυθμό. Επιπλέον, η δυνατότητα ελέγχου του μήκους κύματος επιτρέπει τη χρήση τους σε θερμοκήπια, βοηθώντας τα φυτά να αναπτυχθούν σε ιδανικές συνθήκες φωτισμού.
Οι ερευνητές δηλώνουν ότι τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν τη βελτίωση της αντοχής και της ευκαμψίας των QLEDs, ώστε να μπορούν να ενσωματωθούν σε καθημερινά προϊόντα όπως ταπετσαρίες, παράθυρα ή φορητές συσκευές.
[via]
