Superbright-lysdioder - den tekniska revolutionen inom elektrisk belysning

Många vet det moderna lysdioder mer effektiva än glödlampor, och vissa modeller kan argumentera med lysrör. Men sällan tänker någon på vilka förändringar dessa tekniker lovar oss.

Utlovat paradis

Nästan två biljoner dollar - så många nya lysdioder kommer att spara jordgubbar under de kommande tio åren, förutsatt att de är implementerade i stort. I energienheter kommer besparingarna att uttryckas i 18,3 terawattimmar. Att minska koldioxidutsläppen under detta "LED"-decennium kommer att vara 11 gigaton, och oljeförbrukningen kommer att sjunka med nästan en miljard fat. Och 280 genomsnittliga kraftverk kan stängas.

Ja, professorer Jung Kyu Kim och Fred Schubert från Rensselaer Polytechnic Institute närmade sig prognosen för framtidens ljusbelysningssystem i fast tillstånd. De försökte gå utöver räckvidden för att spara el "för ett hus" och föreställa sig hur vår värld kommer att se ut, i vilken lysdioder kommer att bli mycket mer utbredd än nu. Och viktigast av allt, övervägde de vilka tekniska höjder vi kan förvänta oss av samma lysdioder under de kommande åren.

Nyligen har de breda massorna, som svar på "gröna trollformler", rusat för att köpa kompakta lysrör. Lysdioder är fortfarande i skuggan, främst på grund av de alltför höga kostnaderna. Men detta är en tillfällig fråga. Men LED: s potentiella förmåga att avsevärt kringgå de bästa lysrören i effektivitet är värt att överväga. Naturligtvis har lysdioder som fungerar som indikatorer, delar till skärmar eller någon form av optoelektroniska enheter praktiskt taget ingen effekt på energibalansen i världen. Men belysning baserad på denna princip kan bokstavligen ändra den.

Revolution kommer

Enligt prognosen från Kim och Schubert kommer vi under de kommande åren att se en verklig revolution på detta område. I sitt papper som publicerades i tidskriften Optics Express skriver Jung och Fred om ”ersättningsparadigmet” (det vill säga den totala ersättningen av glödlampor med lysdioder), som också kan tolkas som en paradigmersättning. Faktum är att när de når en kritisk massa av utveckling inom LED-fältet kommer de att "explodera" inte bara på ett kvantitativt, utan på ett kvalitativt sätt, förändring av livet.

Hur minskar du, säger, elförbrukningen för belysning av hus, lägenheter och gator med 13-17 gånger? Visst kan du föreställa dig hur städer och städer förvärvar väderkvarnar och solpaneler och säger till de centraliserade elektriska nätverk "Farväl!". Utan en stark ökning av belysningssystemens effektivitet finns det inget att tänka på sådant oberoende - det kommer att bli för dyrt.

Rensselaer-forskare citerar belysningens effektivitet: bra glödlampor - 16 lumen per watt, kompakta lysrör - 64 (det vill säga skillnaden är fyra gånger så mycket), långa lysrör - 80. Vi kommer att lägga till att effektiviteten hos moderna massproducerade lysdioder utformade specifikt för belysning är någonstans sedan i området mellan kompakta och "långa" lysrör. Samtidigt bestämde forskare den teoretiska gränsen för lysdioder som 320 lumen per watt, och en realistisk uppnåelig parameter för de kommande åren - 213! (I alla fall beaktas de så kallade riktiga vita lysdioderna som behövs för hembelysning, eftersom färgen är ännu effektivare).

Babypulver sparar

Förra månaden tillkännagav det amerikanska företaget Cree, en av branschens ledare, skapandet av en vit LED-LED med en effektivitet på 161 lumen per watt, vilket är tio gånger högre än den genomsnittliga glödlampan! Samtidigt har LED-lampor i seriebelysning från olika företag redan gått över tröskeln på 100 lumen per watt.

Skönhet, men när kommer de att sänka priserna? Här måste det sägas att under "LED-vetenskapen" de senaste åren har det inträffat mycket intressant. Forskare experimenterar med nya material.Det bör klargöras att vita LED-lampor tillverkas med två tekniker: antingen sätter de tre små lysdioder med röda, gröna och blå strålar sida vid sida och får "pseudovitt" ljus; eller de tar en LED som avger ett ultraviolett (ibland blått) flöde och täcker det med ett lager fosfor, som omvandlar denna strålning till vitt ljus, mer eller mindre nära naturligt.

Den första metoden är dåligt distribuerad och dyr. Och ändå - det här är inte detsamma som riktigt vitt. Den andra lysdioden är mindre effektiv. Och ändå - dess fosfor innehåller en komplex komposit som innehåller bland annat yttrium och cerium. Detta är en av orsakerna till de höga kostnaderna för att tända vita lysdioder.

Men nyligen upptäckte fysiker från Duke att ett ultrafint pulver av zinkoxid (en komponent av babypulver) med tillsats av svavel i rätt proportion, förutsatt att nanostrukturen är korrekt bildad, effektivt kan omvandla ultraviolett till mycket starkt och klart vitt ljus. I det här fallet visade sig den vita komponenten vara 1000 gånger ljusare än ultraviolett i utgångsstrålningen.

i dag

Kim och Schubert skriver att distributionen av lysdioder borde gå mycket längre än enkla hemlampor. Emissioner av fast tillstånd kan förändra den teknogena miljön som omger oss. I olika lysdioder är det faktiskt möjligt att kontrollera spektrumet med hög noggrannhet, parametrarna för ljusstrålens divergens, dess polarisering och strålningsoscillationer i tid. I allmänhet nästan allt.

Med hjälp av lysdioder är det möjligt att behandla ett antal sjukdomar och genomföra intressanta vetenskapliga experiment, stimulera växttillväxt under förhållanden som inte är typiska för dem och skapa interaktiva säkra vägar.

Och detta innebär att det med hjälp av lysdioder är möjligt att behandla ett antal sjukdomar och genomföra intressanta vetenskapliga experiment, stimulera växttillväxt under förhållanden som inte är typiska för dem och skapa interaktiva säkra vägar och så vidare. Med en sådan flexibilitet i inställningarna - alla sökvägar är öppna. Tillsammans kallade forskare det "smart belysning", och så att vackra ord inte motsäger affärer skapade Rensselaer Institute tillsammans med universiteten i Boston och New Mexico ett forskningscenter - Smart Lighting Research Center.

National Science Foundation har redan avsatt 18,5 miljoner dollar till partners för de kommande fem åren för att implementera LED dagdrömmer. Därför kan "ode till lysdioderna" för Rensselaer-professorer betraktas som ett tillkännagivande av centrumets framtida segrar. Och eftersom detta ämne inte bara behandlas vid de universitet och institut som nämns ovan, kan det kommande ”paradigmskiftet” betraktas som en avgjort fråga. Huruvida det kommer att ta tio år, eller några till är en annan fråga.