Φως στο μέλλον από τους νανοσωλήνες άνθρακα

Οι ανακαλύψεις που οδήγησαν στην ανάπτυξη του λευκού LED τιμήθηκαν φέτος με το Νόμπελ Φυσικής. Αυτό, όμως, δεν ήταν το τέλος της διαδρομής: ερευνητές στην Ιαπωνία πειραματίζονται με επίπεδους λαμπτήρες από νανοσωλήνες άνθρακα, μια εφεύρεση που θα μπορούσε να ρίξει άπλετο φως στο μέλλον.

Τα LED, ή φωτοδίοδοι, είναι μικρές συσκευές από ημιαγωγούς -ουσιαστικά τσιπάκια από πυρίτιο- που εκπέμπουν φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Ο συνδυασμός κόκκινων, πράσινων και γαλάζιων LED δίνει λευκό φως στους σημερινούς λαμπτήρες φωτοδιόδων.


H συσκευή που παρουσιάζουν τώρα ερευνητές του Πανεπιστήμιο του Τοχόκου στην Ιαπωνία ακολουθεί μια διαφορετική προσέγγιση. Αποτελείται από μια πλάκα από την οποία εξέχουν κάθετα νανοσωλήνες άνθρακα, η οποία εκτοξεύει ηλεκτρόνια σε μια φθορίζουσα οθόνη, η οποία εκπέμπει τελικά φως.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα, μικροσκοπικοί κούφιοι σωλήνες από άτομα άνθρακα, είναι ένα σχετικά νέο υλικό που προσφέρει εξαιρετική αντοχή και ασυνήθιστες ηλεκτροφυσικές ιδιότητες -είναι για παράδειγμα άριστος αγωγός του ηλεκτρισμού και βοηθά να κρατηθεί χαμηλά η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από τον λαμπτήρα.

Όπως αναφέρουν οι ερευνητές στο Review of Scientific Instruments, μια επιθεώρηση του Αμερικανικού Ινστιτούτου Φυσικής, η νέα συσκευή προσφέρει απόδοση 60 lumen ανά watt ηλεκτρικής ενέργειας (το lumen είναι μονάδα μέτρησης της φωτεινής ροής, δηλαδή της ισχύος του φωτός όπως την αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι). Συγκριτικά, τα LED προσφέρουν μέχρι 100 lm/watt και τα οργανικά LED, γνωστά ως OLED, γύρω στα 40 lm/watt.

Για τη συναρμολόγηση της συσκευής οι ερευνητές ξεκίνησαν με ένα μείγμα νανοσωλήνων μονού τοιχώματος σε οργανικό διαλύτη. Το μείγμα επαλείφθηκε στο ηλεκτρόδιο καθόδου της συσκευής και στη συνέχεια τρίφτηκε με γυαλόχαρτο ώστε να μείνουν εκτεθειμένα τα άκρα των νανοσωλήνων.

Υπό την επίδραση ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου ανάμεσα στην άνοδο και την κάθοδο, οι αιχμηρές άκρες των νανοσωλήνων εκπέμπουν ηλεκτρόνια μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται εκπομπή πεδίου. Τα ηλεκτρόνια περνούν απέναντι και χτυπούν την οθόνη φωσφόρου, η οποία αναγκάζεται έτσι να εκπέμψει φως.

Η νέα προσέγγιση θα μπορούσε μια μέρα να αξιοποιηθεί σε επίπεδα φωτιστικά σώματα υψηλής απόδοσης.

Ωστόσο ο βασικός περιοριστικός παράγοντας είναι σήμερα το αστρονομικό κόστος των νανοσωλήνων, το οποίο όμως θα μπορούσε να μειωθεί στο μέλλον.