211service.com
Fotonische kristallen vinden wolfraamlampen opnieuw uit
Fotonische kristallen zijn nanoscopische structuren die zijn ontworpen om licht van specifieke golflengten te kanaliseren en andere golflengten te blokkeren.
Dit vermogen om licht met grote efficiëntie te regelen en te filteren, maakt ze enorm nuttig voor toepassingen zoals het verhogen van de efficiëntie van fotovoltaïsche cellen door licht op bepaalde optimale golflengten te absorberen.
Vandaag zeggen Sergei Belousov en vrienden van het Kintech Lab in Moskou en een aantal vrienden van het GE Global Research Center in de staat New York dat ze een andere toepassing hebben voor fotonica-kristallen. Ze hebben uitgezocht hoe fotonische kristallen de lichtopbrengst van wolfraam drastisch kunnen verbeteren in de hoop de gloeilamp opnieuw uit te vinden.
Wolfraamlampen hebben op zijn zachtst gezegd een slechte pers gehad. Wolfraam heeft een hoog smeltpunt (3695 K) en kan dus worden verwarmd tot het gloeit zonder te smelten. Het probleem is dat slechts 5 procent van het uitgestraalde licht zichtbaar is, de rest is infrarood, wat simpelweg verloren gaat. Met een rendement van slechts 5 procent zijn wolfraamlampen snel uit de gratie geraakt.
De vraag die Belousov en co wilden beantwoorden, is of ze de nanostructuur van wolfraam kunnen manipuleren om een fotonisch kristal te creëren dat zichtbaar licht uitstraalt en de emissie van infrarood licht onderdrukt.
Ze bestudeerden theoretisch de eigenschappen van verschillende structuren, zoals nanoscopische wolfraamstammen en bollen ingebed in een ander medium. Terwijl wolfraamstammen weinig verschil maken, doen wolfraambollen met een straal van slechts een fractie van een micrometer precies hun werk, waarbij ze voornamelijk licht uitstralen in het zichtbare deel van het spectrum.
Belousov en co testten vervolgens hun idee door een wolfraam fotonisch kristal van het gewenste ontwerp te maken en de hoeveelheid licht te meten die het op verschillende frequenties uitstraalt. Ze zeggen dat de nieuwe structuur veel minder infrarood licht uitstraalt en een efficiëntie heeft van 15 procent, aanzienlijk hoger dan het bulkmateriaal.
Dat is een aanzienlijke verbetering en verbeteringen hierop zullen zeker mogelijk zijn. Maar of het voldoende zal zijn om een wolfraamrevolutie in gloeilampen teweeg te brengen, is de vraag. De huidige generatie compacte fluorescentielampen kan de lichtopbrengst van een 100 Watt wolfraamlamp evenaren met minder dan 30 watt en LED-lampen kunnen dit met minder dan 20 watt.
Als Belousov en co wolfraam terug in gloeilampen willen stoppen, moeten ze eerst wat stevige tegenstand verslaan.
Referentie: arxiv.org/abs/1212.3451 : Metallische fotonische kristallen gebruiken als zichtbare lichtbronnen