Почему миру нужна лучшая светодиодная лампа
Лампочки – это большой апгрейд костров и свечей. Ежегодно дома в неформальных поселениях в Африке сгорают из-за пожаров, используемых для отопления и освещения. Таким образом, электрические лампочки с нитью накаливания произвели революцию в доме и на работе.
Тем не менее, все эти возможности слишком горячие, чтобы обращаться с ними небрежно. Они также излучают много тепла и освещают все вокруг розоватым оттенком. Другими словами, это хорошо для романтики и атмосферы, но не подходит для счетов за низкое освещение.
Светодиодные лампы совершили революцию в области безопасного освещения. Но многие люди по-прежнему рискуют возгорать дома, потому что производство ламп дорогое. Исследователи физики UJ обнаружили, что они могут получить удвоенную интенсивность света в обычном светоизлучающем материале. Если материал удастся, счета за электрическое освещение могут быть намного ниже для всех. Предоставлено: Рисунок Терезы ван Вик, Йоханнесбургский университет, на основе изображений Pixabay.
Затем появились люминесцентные лампы, потребляющие гораздо меньше энергии. Они хрупкие, склонны к мерцанию и содержат ядовитые пары ртути.
Рискуя возгоранием дома
В наши дни светоизлучающие диодные (LED) лампы доступны для домов среднего класса. Лампы уменьшают счет за освещение до доли, необходимой для других опций. К тому же они служат во много раз дольше. Светодиодная лампа может быть уютным «теплым белым» светом или «холодным белым» для офиса. Светодиодные лампы не нагреваются и не ломаются. Их свет можно сфокусировать, поэтому легко осветить только то, что необходимо.
Современные светодиодные лампы идеальны для тех, у кого есть финансы, чтобы постоянно их заменять и оплачивать постоянно растущие счета за электроэнергию. Светодиоды также хорошо работают в фонарях с батарейным питанием во время перебоев в подаче электроэнергии или походов.
Это по-прежнему оставляет огромное количество домашних хозяйств и предприятий по всему миру уязвимыми для недостаточного освещения или риска возгорания дома из-за зажжения свечей, чтобы увидеть, что они готовят, или изучить.
Но если светодиодная лампа будет дешевле и прослужит намного дольше, безопасное освещение станет доступным для большего числа людей.
Удвойте интенсивность
«Мы работаем над тем, чтобы светоизлучающий материал в светодиодах светился ярче и служил дольше, – говорит профессор Одиреленг Мартин Нтваэборва. Он работает на физическом факультете Йоханнесбургского университета (UJ).
«Чтобы сделать устройство долговечным, материал должен быть химически стабильным. Со временем он не должен сильно ухудшаться. Он должен длиться как минимум в два раза дольше, чем существующие материалы, и быть высокоэффективным с точки зрения энергопотребления. Он должен превосходить то, что доступно сегодня на рынке », – добавляет он.
В статье, опубликованной в Журнал люминесценции, Ntwaeaborwa и другие показывают, как добавление обычного соединения к безопасному светоизлучающему материалу может создать гораздо более яркий свет. Они добавили сульфат к оксиду цинка, легированному редкоземельным церием. В лабораторных исследованиях они направили на соединение лазер, чтобы заставить его излучать свет.
«Когда мы добавляем сульфат в оксид цинка, легированный церием, интенсивность излучаемого света увеличивается вдвое. Если в будущем этот материал будет использоваться в электронных устройствах, они также прослужат намного дольше », – говорит Нтваэборва.
Физика лучшего света
«Оксид цинка изучается во всем мире, потому что он уже используется во многих электронных устройствах», – говорит г-н Мачаба Летсвало, который проводил лабораторные эксперименты для получения своей докторской степени.
«Интенсивность света, излучаемого оксидом цинка, легированным церием, невысока. Добавление сульфата увеличивает интенсивность. Другими словами, материал излучает более яркий свет при том же лазерном возбуждении », – добавляет он.
«Сульфат помогает соединению лучше поглощать первичное возбуждение от лазера и передавать это возбуждение на световые центры в соединении».
Цвет края в поиске
По словам Нтваэборва, светоизлучающие материалы в исследовании еще не «светят так ярко», как те, которые используются в промышленности.
«По сравнению с коммерческими светодиодными лампами светоизлучающий материал в этом исследовании все еще далек от достижения той же интенсивности света и долговечности. Интенсивность с добавленным сульфатом примерно вдвое меньше, чем у коммерчески используемых материалов.
«Однако этот материал является многообещающим кандидатом для будущего использования в коммерческом светодиодном освещении», – говорит он.
Красный зеленый синий большой шлем
Оксид цинка, легированный церием, является таким привлекательным кандидатом из-за очень необычной вещи, которая происходит, когда на него светит лазер.
«Материал может излучать свет разных цветов, в зависимости от возбуждения, используемого для получения светового излучения», – говорит д-р Балакришна Авула, соавтор из UJ.
С помощью одного источника энергии материал может быть «возбужден» и испускать красный, синий или зеленый свет. Это свойство называется цветностью. По его словам, это самое важное свойство в поисках дешевого светодиодного освещения.
«Когда мы добавляем сульфат, интенсивность красного, синего и зеленого света, который мы получаем от материала при использовании того же лазера для возбуждения, удваивается», – добавляет он.
Три в одном, чтобы сократить расходы
Еще более редкий оксид цинка, легированный церием, может стать эквивалентом «Большого шлема» в мире светодиодов. Материал может излучать белый свет, используя тот же лазерный источник, чтобы заставить его излучать красный, зеленый или синий свет. Это делает его кандидатом, на которого стоит обратить внимание в поисках следующего замечательного светодиода.
В исследовании добавление сульфата к оксиду цинка, легированному церием, также привело к удвоению интенсивности испускаемого белого света.
«Светодиодные лампы дороги, потому что нам нужно три светодиода в одной лампе, чтобы получить белый свет. Нам нужны красный, зеленый и синий. Три светящихся одновременно дают белый свет. Это означает более сложную конструкцию лампы, в которой используется больше материалов », – говорит Нтваэборва.
«Если можно будет использовать только один светодиод, излучающий белый свет, это будет более рентабельным в производстве, а светодиодные лампы могут быть намного дешевле», – добавляет он.
Никаких пожаров в лаборатории
По словам Летсвало, тестирование светоизлучающих материалов в лаборатории может привести к неприятным сюрпризам.
«Если вы еще не знаете основных свойств соединения и того, как оно будет реагировать на лазер или электричество, оно может нагреться и даже взорваться. Итак, вы должны соблюдать меры предосторожности при изучении новых материалов. Он добавляет, что после того, как фундаментальная наука будет понята, станет возможным перевести исследования в технологическую фазу ».
И оксид, и сульфат цинка не плавятся, не загораются, не взрываются и не сильно разлагаются с течением времени. Они также нелегко ломаются. Оба препарата легко приготовить в лаборатории, безопасны, нетоксичны и экономичны в работе. Они безвредны для окружающей среды и вряд ли создадут проблемы при хранении, производстве или на свалках.
Следующим шагом является непосредственное измерение яркости излучаемого света и повышение яркости по сравнению с материалами, которые в настоящее время используются в светодиодных лампах.
«При использовании одного светодиода в лампочке для белого света светодиод должен быть как минимум в два раза ярче, чем те, которые используются сейчас. К счастью, физика говорит нам, что более яркий материал также прослужит намного дольше », – говорит Нтваэборва.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
