211service.com
Een betere gloeilamp bouwen
Gloeilampen zijn al door veel landen verboden, maar geruchten over hun dood kunnen, om Mark Twain te parafraseren, schromelijk overdreven zijn. Een innovatie van MIT zou hen een nieuw leven kunnen inblazen.
De lampen, een van de beroemdste uitvindingen van Thomas Edison, zijn een technologie van meer dan 130 jaar oud. Ze werken door een dunne draad te verhitten tot ongeveer 2.700 °C, waardoor deze zwarte lichaamsstraling uitstraalt, een breed spectrum van licht dat zorgt voor een warme uitstraling en een getrouwe weergave van alle kleuren in een scène. Maar ongeveer 95 procent van de energie die in deze lampen gaat, wordt verspild, het meeste als warmte. Het nieuwe onderzoek zou daar eindelijk verandering in kunnen brengen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2016
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Natuurkundeprofessor Marin Soljacic ’96, PhD ’00, postdoc Ognjen Ilic, PhD ’15, afdelingshoofd werktuigbouwkunde Gang Chen, en drie anderen publiceerden begin dit jaar hun oplossing. De sleutel, zeggen ze, is om een proces in twee fasen te creëren.
Eerst wordt een conventioneel metalen filament verwarmd. Maar de restwarmte mag niet zoals gebruikelijk als infraroodstraling verdwijnen. In plaats daarvan vangen secundaire structuren die de gloeidraad omringen deze straling op en reflecteren deze terug naar de gloeidraad om te worden geabsorbeerd. Deze structuren, een vorm van fotonisch kristal, zijn gemaakt van aarde-overvloedige elementen en kunnen worden gemaakt met behulp van conventionele materiaalafzettingstechnologie.
De gewenste zichtbare golflengten van licht gaan dwars door dit materiaal en uit de lamp, maar de infrarode golflengten worden gereflecteerd alsof ze door een spiegel worden gereflecteerd. Ze reizen dan terug naar de gloeidraad en voegen meer warmte toe die wordt omgezet in meer licht. Omdat alleen het zichtbare licht ooit naar buiten komt, blijft de warmte gewoon terugkaatsen naar de gloeidraad totdat deze uiteindelijk als licht eindigt.
Die tweede stap verbetert drastisch hoe efficiënt elektriciteit wordt omgezet in licht. Metingen van de lichtopbrengst, die een rol spelen bij de reactie van het menselijk oog, zijn 2 tot 3 procent voor conventionele gloeilampen, tussen 7 en 15 procent voor fluorescentielampen (inclusief CFL's) en tussen 5 en 15 procent voor de meeste compacte LED's. De nieuwe tweetraps gloeilampen zouden een efficiëntie van wel 40 procent kunnen bereiken.
De eerste proof-of-concept units van het team bereiken al een lichtrendement van ongeveer 6,6 procent, een resultaat dat de efficiëntie van sommige van de huidige CFL's en compacte LED's benadert en een drievoudige verbetering is ten opzichte van de hedendaagse gloeilampen.
De onderzoekers noemen hun aanpak lichtrecycling, zegt Ilic, omdat hun materiaal in feite rommel - de ongewenste, nutteloze golflengten van energie - uit de prullenbak vist en het omzet in aangenaam, bruikbaar zichtbaar licht.