Nano lampadine a luce rossa, il tungsteno incontra i led

Lampadine che trasformano il calore in luce di tutti i colori, anche rossa, come fanno quelle a incandescenza, ma con l’efficienza dei led. E’ la “chimera” ottenuta da due ricercatori dell’Università Rice, a Houston, che hanno creato le lampade a incandescenza più piccole del mondo: nanolampadine che combinano il meglio di entrambe le tecnologie ottiche: la capacità di emettere luce anche nel vicino e nel medio infrarosso del filamento di tungsteno con i bassi consumi dei led. Le lampadine a incandescenza più piccole ed efficienti al mondo sono state presentate su Advances Materials,.

I limiti dei led e quelli delle lampade a incandescenza

Se i led hanno soppiantato in buona parte l’uso delle lampade classiche, in particolare di quelle a incandescenza, queste ultime sono le uniche che permettono di generare luce anche nell’infrarosso. In una lampada ad incandescenza c’è un filamento metallico di tungsteno che, riscaldato, produce luce. Il fenomeno fisico alla base è l’effetto Joule, che fa sì che la potenza elettrica venga trasformata in energia termica. Questo, nel caso specifico della lampadina, provoca l’incandescenza del filamento. Più il filamento è caldo e più luce sarà spostata verso la parte visibile dello spettro elettromagnetico. Per contro, più è freddo e più la luce andrà verso il rosso e la regione degli infrarossi – che non aiuta la vista ma che è utile ad esempio per la creazione di sensori. In questo modo le lampade a incandescenza permettono di scegliere una più vasta gamma di colori e di qualità ottiche della luce.

Nano lampadine a luce rossa

Le lampade a incandescenza hanno però un difetto, lo stesso che le ha costrette al pensionamento: sono poco efficienti, sprecando più calore ed energia rispetto ai led. Questo, spiegano gli autori, avviene perché c’è un solo filamento di tungsteno attraverso cui passa la corrente elettrica. Per ridurre la perdita e aumentare la funzionalità, ovvero la capacità di illuminare, i ricercatori hanno “spezzettato” il filamento in tante sub-unità, mediante particolari tecniche e materiali. Ed hanno ottenuto degli “emettitori di luce” piccolissimi, tanto da raggiungere la scala dei nanometri.

Il calore generato dal passaggio di corrente viene separato e incanalato da nanotubi di carbonio che lo spediscono nei diversi punti (i nanopezzetti ovvero i vari emettitori di luce). Gli emettitori a loro volta interagiscono in vari modi fra loro e così riescono a inviare luce con proprietà specifiche e alla lunghezza d’onda desiderata. In questo modo è possibile scegliere fra una vasta gamma colori variabili, arrivando anche all’infrarosso – un risultato che per ora non è possibile con i led.

Due in uno: gli emettitori selettivi termici

Quello che gli autori hanno fatto è proprio combinare le peculiarità dei led, ovvero l’alta capacità di scegliere la lunghezza d’onda, con i vantaggi delle lampade a incandescenza, che regalano una luminosità maggiore, anche nel rosso.

“I semiconduttori utilizzati nei led forniscono un’alta capacità di selezionare la luce ma una bassa brillantezza. Mentre i metalli garantiscono un’emissione molto luminosa ma non un’ampia possibilità di scegliere la luce”, ha sottolineato Chloe Doiron, studentessa laureata alla Rice. Doiron, insieme a Gururaj Naik, ha assemblato questi “emettitori selettivi termici”, come li definiscono i due studiosi. “Mettendo insieme questi due elementi si può ottenere il meglio di entrambe le possibilità ottiche”. E avere in futuro sensori ancora più potenti e variegati.

Riferimenti: Advanced Materials