La lampadina più piccola ed efficiente al mondo è grande quanto un atomo

Pubblicato: 07/11/2016 12:56:01
Categoria: L'Arte di Illuminare

lampadine al grafene

Qualcuno di voi ha mai pensato che le lampadine tradizionali fossero ingombranti e consumassero troppa elettricità?

Magari se si pensa ai lampadari aristocratici di Versailles, alimentati con le prime lampadine a incandescenza questi due problemi potrebbero venire a galla.

Infatti, soprattutto per quanto riguarda il problema di consumo dell'elettricità, gli ormai famosissimi LED garantiscono prestazioni efficaci accoppiate a un consumo ridotto; anche le dimensioni di queste lampade sono del tutto arbitrarie e dipendono dallo scopo, ma risultano sicuramente spazialmente compatibili con tutti gli ambienti.

Evidentemente la grandezza e il consumo di energia erano invece problemi troppo grandi per un team di ricerca della Columbia University di New York, i quali, circa un anno fa, hanno realizzato e testato quella che si può definire la lampadina più piccola ed efficiente del Mondo.

Storia e Caratteristiche della Lampadina più Piccola del Mondo

Coordinati dall'esperto ricercatore Young Duck kim, il gruppo di studiosi ha giustamente visto il frutto del proprio lavoro pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology.

Cerchiamo di capire adesso quanto è grande e come funziona questa lampadina innovativa.

Alla base, essa è costituita da grafene, ottenuto dalla comunissima grafite, di cui sono fatte le mine delle matite. Il grafene però è il materiale più sottile del mondo e le sue straordinarie proprietà promettono di rivoluzionare l'elettronica. 

Chimicamente è costituito da uno strato monoatomico di carbonio, cioè ha lo spessore equivalente di un solo atomo di C. Avete capito bene! E' sicuramente un'invenzione rivoluzionaria poiché il suo spessore totale è di un atomo!

graphene bulb

L'ordine di grandezza è di circa 10 volte inferiore al metro, tra i nanometri e picometri. Anche Edison, l'inventore della lampadina, aveva provato a usare il carbonio per 'accendere' le sue e ora la sua versione più pura è nettamente meno ingombrante e con un rendimento decisamente più alto.

I ricercatori hanno attaccato strisce di grafene a elettrodi metallici a cui si applica la corrente elettrica che li fa riscaldare, fino a temperature di 2500 gradi, il quale è un processo che li fa brillare. 

Nella nano lampadina, il grafene ha lo stesso compito del filamento di tungsteno nella lampadina a incandescenza di Edison: emettere radiazione termica.

Il grafene di quello spessore è sottile e impossibile da vedere a occhio nudo. Come fare a rendere qualcosa di quasi invisibile, capace di fornire una luce chiara e visibile?

In pratica sono riusciti a creare piccole strutture luminose sulla superficie di un chip, permettendo di sviluppare circuiti fotonici in grado di fare con la luce quello che oggi viene fatto dalla corrente elettrica nei circuiti integrati a semiconduttori.

Essendo arrivati ad utilizzare la luce incandescente della lampadina su un chip, i ricercatori possono ora lavorare in modo da rendere la tecnologia adatta anche ai dispositivi digitali. Una tecnica del passato (illuminazione a incandescenza) legata a una tecnologia del presente (digital system): interessante come potrebbe evolversi il futuro!

I recenti progressi tecnologici, hanno permesso di sfruttare le caratteristiche di questo componente carbonioso. Il grosso problema consisteva nel fatto che i filamenti della lampadina devono essere estremamente caldi per emettere la luce.

Inoltre, il trasferimento di calore dal filamento caldo all'ambiente circostante può causare danni al chip.

Il Ruolo del Grafene

grafene

Il grafene, che viene utilizzato anche per la produzione dei pannelli fotovoltaici, è in grado di raggiungere temperature elevate senza fondere il substrato o gli elettrodi di metallo.

Quando si riscalda, diventa un conduttore molto più povero di calore, limitando al centro della lampadina una piccola concentrazione di alta temperatura. 

L’idea brillante è che i fogli sono staccati dal substrato di silicio sul quale è stato depositato il grafene, e risultano sospesi fra i due elettrodi: questo riduce di 100 volte la propagazione di calore del foglio di grafene e lo concentra per l'appunto nella parte centrale, con il risultato che la temperatura diventa così elevata in quel punto che il materiale emette luce.

L'autore a capo dello studio Young Duck Kim spiega: “Queste proprietà termiche uniche ci permettono di riscaldare il grafene in sospensione fino a metà della temperatura del sole, e migliorarne l'efficienza 1000 volte, rispetto al grafene su un substrato solido.

La luce visibile dal grafene atomicamente sottile è così intensa da essere visibile anche ad occhio nudo, senza un ingrandimento extra."

Le nano lampadine di grafene potrebbero illuminare i futuri display super sottili, flessibili e trasparenti, e aprirebbero la strada alle tecnologie ottiche del futuro, per trasmettere informazioni con la luce più velocemente.

Più efficienti delle tecnologie ottiche attuali, potrebbero portare ad internet ultraveloce.

I principali dubbi che potrebbe sollevare questa nuova tecnologia riguarda la durabilità della stessa e il suo degrado nel tempo.

Essendo un materiale oltre che sottile, molto resistente, il grafene dovrebbe essere in grado di resistere a una buona quantità di cicli di carica-scarica, sebbene le temperature elevatissime che sarebbe costretta a sopportare ogni singola mini lampadina, ne potrebbero variare il rendimento nel tempo.

Inoltre nel momento in cui il materiale principale fosse esausto e non garantisse più adeguata illuminazione, siamo sicuri che sarebbe così facile sostituirlo come lo è cambiare una lampadina comune?

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