Una bombilla de luz incandescente nanofotónica demuestra la capacidad de adaptar la luz irradiada por un objeto caliente. Crédito:MIT
Bombillas tradicionales, pensaba que iban camino del olvido, puede recibir un respiro gracias a un avance tecnológico.
Iluminación incandescente y su cálida, el resplandor familiar tiene más de un siglo, pero sobrevive prácticamente sin cambios en los hogares de todo el mundo. Eso esta cambiando rapido sin embargo, a medida que las regulaciones destinadas a mejorar la eficiencia energética están eliminando las bombillas antiguas en favor de bombillas fluorescentes compactas (CFL) más eficientes y bombillas de diodos emisores de luz (LED) más nuevas.
Bombillas incandescentes, desarrollado comercialmente por Thomas Edison (y todavía utilizado por los dibujantes como símbolo de la intuición inventiva), trabajar calentando un alambre delgado de tungsteno a temperaturas de alrededor de 2, 700 grados centígrados. Ese cable caliente emite lo que se conoce como radiación de cuerpo negro, un espectro de luz muy amplio que proporciona una apariencia cálida y una reproducción fiel de todos los colores en una escena.
Pero estas bombillas siempre han sufrido un problema importante:más del 95 por ciento de la energía que entra en ellas se desperdicia, la mayor parte como calor. Es por eso que un país tras otro ha prohibido o está eliminando gradualmente la tecnología ineficiente. Ahora, Es posible que los investigadores del MIT y la Universidad de Purdue hayan encontrado una manera de cambiar todo eso.
Los nuevos hallazgos se informan en la revista. Nanotecnología de la naturaleza por tres profesores del MIT:Marin Soljačić, profesor de física; John Joannopoulos, el profesor de física Francis Wright Davis; y Gang Chen, el profesor Carl Richard Soderberg de ingeniería energética, así como el científico investigador del MIT Ivan Celanovic, postdoctorado Ognjen Ilic, y el profesor de física de Purdue (y ex alumno del MIT) Peter Bermel PhD '07.
Un diagrama esquemático de un nuevo tipo de filtro que podría reactivar la iluminación incandescente y hacer posible una generación de electricidad solar más eficiente. El esquema muestra la tecnología desde una vista frontal y lateral. Crédito:Imagen de la Universidad Purdue-MIT / Peter Bermel
Reciclaje ligero
La clave es crear un proceso de dos etapas, los investigadores informan. La primera etapa involucra un filamento de metal calentado convencional, con todas sus pérdidas concomitantes. Pero en lugar de permitir que el calor residual se disipe en forma de radiación infrarroja, Las estructuras secundarias que rodean el filamento capturan esta radiación y la reflejan de regreso al filamento para ser reabsorbida y reemitida como luz visible. Estas estructuras, una forma de cristal fotónico, están hechos de elementos abundantes en la Tierra y pueden fabricarse utilizando tecnología convencional de deposición de materiales.
Ese segundo paso marca una diferencia dramática en la eficiencia con la que el sistema convierte la luz en electricidad. La eficiencia de las luces incandescentes convencionales está entre el 2 y el 3 por ciento, mientras que el de los fluorescentes (incluidas las lámparas fluorescentes compactas) se encuentra actualmente entre el 7 y el 13 por ciento, y el de los LED entre el 5 y el 13 por ciento. A diferencia de, las nuevas incandescentes de dos etapas podrían alcanzar eficiencias de hasta el 40 por ciento, dice el equipo.
Las primeras unidades de prueba de concepto realizadas por el equipo aún no alcanzan ese nivel, logrando aproximadamente un 6,6 por ciento de eficiencia. Pero incluso ese resultado preliminar coincide con la eficiencia de algunas de las lámparas fluorescentes compactas y LED actuales, señalan. Y ya es una mejora triple sobre la eficiencia de las incandescentes actuales.
El equipo se refiere a su enfoque como "reciclaje ligero, "dice Ilic, ya que su material incluye lo no deseado, longitudes de onda de energía inútiles y las convierte en las longitudes de onda de luz visible que se desean. "Recicla la energía que de otro modo se desperdiciaría, "dice Soljačić.
Bombillas y más allá
Una de las claves de su éxito fue el diseño de un cristal fotónico que funciona para una amplia gama de ángulos y longitudes de onda. El cristal fotónico en sí está hecho como una pila de capas delgadas, depositado sobre un sustrato. "Cuando juntas capas, con los espesores y la secuencia adecuados, "Ilic explica, puede obtener un ajuste muy eficiente de cómo el material interactúa con la luz. En su sistema, las longitudes de onda visibles deseadas pasan a través del material y salen de la bombilla, pero las longitudes de onda infrarrojas se reflejan como en un espejo. Luego viajan de regreso al filamento, agregando más calor que luego se convierte en más luz. Dado que solo lo visible sale el calor sigue rebotando hacia el filamento hasta que finalmente termina como luz visible.
La tecnología involucrada tiene potencial para muchas otras aplicaciones además de las bombillas, Dice Soljačić. El mismo enfoque podría "tener implicaciones dramáticas" para el desempeño de esquemas de conversión de energía como la termo-fotovoltaica. En un dispositivo termo-fotovoltaico, calor de una fuente externa (químico, solar, etc.) hace que un material brille, provocando que emita luz que es convertida en electricidad por un absorbedor fotovoltaico.
"Los LED son grandes cosas, y la gente debería comprarlos, ", Dice Soljačić." Pero entendiendo estas propiedades básicas "sobre la forma en que la luz, calor, y la materia interactúan y cómo se puede aprovechar la energía de la luz de manera más eficiente "es muy importante para una amplia variedad de cosas".
Agrega que "la capacidad de controlar las emisiones térmicas es muy importante. Esa es la contribución real de este trabajo". En cuanto a exactamente qué otras aplicaciones prácticas es más probable que hagan uso de esta nueva tecnología básica, él dice, "es demasiado pronto para decirlo".
