Нановолоконные лампочки радуют глаз правильным светом
Внедрение новых типов источников света обычно тормозится каким-нибудь отрицательным свойством новинки. То она дорога, то её выпуск очень плохо воздействует на природу, то параметры излучения не совершенны… Взять всё наилучшее и обязательно «в одном флаконе» – непросто.
Но инженеры и учёные не прекращают поиск. И он иногда рождает интересные вещи.
Американская компания RTI International экспериментирует с применением в качестве базы для светильника фотолюминесцентных нановолокон (photoluminescent nanofibers — PLN). Согласно точки зрения её экспертов, это сулит множество польз: экономия и тут энергии, и охрана пророды от токсичных отходов.
Не размениваясь на создание единичных светящихся нитей, новаторы из RTI решили извлечь максимум пользы из формирования целого конгломерата (матов) из полимерных нановолокон, организующихся в подобие трёхмерной сети с заданными особенностями.
Полимерные волокна с диаметром 50-500 нанометров (ровные и с порами) являются исходным сырьём для получения PLN (фото RTI International).
Как гласит пресс-релиз компании, таковой массив может играть роль как прекрасного отражателя, так и (при соответствующей модификации) излучателя отличного белого света с тёплым, комфортным для глаз сиянием.
Для для того чтобы превращения экспериментаторы из RTI создали разработку покрытия нановолокон мириадами квантовых точек (Quantum dot — QD) — микроскопических полупроводниковых кристаллов, каковые малы, дабы в них ярко проявлялись квантово-механические эффекты.
В отличие от макроскопических кусков того же вещества квантовые точки владеют рядом занимательных особенностей, а в этом случае исследователей интересовала их красивая свойство к люминесценции, параметры которой легко настраивать, варьируя размер этих самых «точек».
Разработка нанесения квантовых точек на массив нановолокон (собственного рода войлок с неразличимыми на глаз нитями), созданная RTI, разрешает создавать разные светящиеся картинки, и варьировать степень покрытия квантовыми точками образцов от произвольных маленьких участков материала и до наполнения его по самые края (фото RTI International).
Наряду с этим учёные поделили процессы электроспининга (electrospinning), другими словами вытягивания волокон из раствора при помощи приложения насыщения и высокого напряжения этих волокон квантовыми точками.
Ранее эксперты уже пробовали приобретать интегрированный материал сходу, но разбивка на этапы была лучше: QD практически не проникали в толщу каждого волокна, а закреплялись на его внешней поверхности. Это, как продемонстрировали тесты, увеличило квантовую эффективность фотолюминесцентного материала в несколько раз.
Сравнение интенсивности свечения двух матов с квантовыми точками: интегрированными в волокна (вверху) и закрепившимися на поверхности нитей (иллюстрация RTI International).
Сам светильник будущего от RTI представляет собой пластиковый корпус, в котором роль первичного источника лучей играется светло синий светодиод, трудящийся на длине волны 450 нм.
На пути этого потока авторы прибора и разместили нановолоконный мат с совершенно верно подобранными по размеру, геометрии, взаимному расположению и составу «красными» и «зелёными» PLN, трансформирующими часть проходящего через мат излучения в поток с другими частотами. В следствии смешения всех трёх окрашенных компонентов рождается белый свет.
Схема светильника на базе PLN.
В конечном варианте ко мне обязан добавиться отражатель из всё тех же наноматериалов (иллюстрация RTI International).
В одном из опытных образцов новых светильников цветовая температура излучения составила 3850 К (довольно тёплый тон), а индекс цветопередачи (color rendering index) — 92, что есть легко хорошим показателем.
По большому счету же, информирует компания, параметры волокон и QD возможно произвольно варьировать так, что прибор на базе PLN сможет выдавать по заказу проектировщиков чуть ли не любой тон в пределах равномерного цветового пространства.
Индекс цветопередачи (относительная величина от 0 до 100) показывает, как правильно выглядят цвета предметов, освещённых данным источником, если сравнивать с теми же предметами, освещёнными «эталоном» – солнечным светом (его индекс и равен 100) (фото RTI International).
Светоотдача PLN-светильника превышает 55 люмен на ватт, уверяют его разработчики. Это сравнимо с серийными светодиодными лампочками и компактными флуоресцентными лампами (CFL).
Различные их предположения показывают эффективность примерно от 35 до 85 люмен на ватт (но по большей части где-то в районе 60-70). Лишь, увы, самый большой данный параметр – что у светодиодов, что у CFL – достигается у моделей, дающих очень холодный свет, а вот самые тёплые по оттенку источники – менее действенные.
В случае если принять это к сведенью, делается светло, из-за чего исследователи так копаются с квантовыми точками – это попытка совместить более-менее приличный КПД с тёплым спектром, характерным несложным лампам накаливания (их светоотдача, к слову, образовывает приблизительно 11-18 люмен на ватт). Попытка до тех пор пока чисто лабораторная, но возможности у неё заманчивые.
Скажем, массовый вариант экономного светильника — CFL — содержит ртуть. Это один из самых неприятных моментов в распространении этих, в неспециализированном-то, привлекательных источников света.
В ртути и устройствах нет – ещё один плюсик в борьбе с соперниками.
Любопытно, что использование наноразмерных волокон для верного распределения в пространстве флуоресцентного состава напоминает принцип, испытанный в экспериментальной лампочке из ДНК лосося. Схожие мысли непременно приходят в учёных и голову инженеров, бьющихся над ответом схожих задач.
Да и принцип коррекции спектра исходного источника света при помощи квантовых точек учёные также апробировали в далеком прошлом, а компания Nexxus Lighting такую разработку кроме того давала слово вот-вот вывести в веса. Но пока этого не произошло, исследователи ищут наилучший вариант аналогичной разработке.
RTI не обещает завалить мир новыми светильниками уже на следующий день, а только ищет возможности для коммерциализации собственной разработки. По осмотрительной оценке компании, PLN-источники света смогут показаться в магазинах в течение трёх-пяти лет.
Ну а как всё это трудится и что из этого может оказаться, вам продемонстрируют в подробностях Линн Дэвис (Lynn Davis), директор программы наноматериалов RTI, и исследовательница из данной компании Кимберли Джузан (Kimberly Guzan).
