Rendere migliore un oggetto che è già il top di gamma non deve essere un'impresa facile. Quando poi si tratta di implementare le prestazioni in termini di efficienza energetica, si fa a gara per chi fornisce la tecnologia a più basso consumo e al minor prezzo.
Per quanto riguarda il campo dell'illuminazione i LED (Light Emitting Diode) sono ormai da qualche anno gli strumenti su cui gli esperti si basano per programmare il futuro.
Sono dispositivi optoelettronici, cioè applicativi elettrici che interagiscono con la luce, agendo da interfaccia tra il dominio elettrico e quello ottico.
Sfruttano in pratica la proprietà di emissione spontanea di fotoni di alcuni materiali semiconduttori (GaAs arseniuro di gallio, SiC carburo di silicio e GaInN nitruro di gallio e indio).
Il funzionamento si basa su una particolare disposizione delle cariche, detta giunzione p-n, che è formata da due zone diverse separate da uno strato di semiconduttore: la zona n è per gli elettroni, la p per le lacune che essi andranno a colmare per trasferimento spontaneo.
Grazie ad una tensione diretta per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sufficiente sotto forma di fotoni.
A causa dello spessore ridotto del chip un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come luce ovvero fotoni ottici.
Brevi cenni sull'invenzione della tecnologia led
Sin dall'inizio del XX secolo si è indagato sulle potenzialità di questa tecnologia, ma è solo dagli anni '60 che essi vennero messi in commercio capaci di emettere un solo colore, il rosso.
Vennero dapprima utilizzati come spie luminose nei display. Nel decennio successivo, si raggiunse un grande obiettivo: vennero realizzati dispositivi che integravano due LED, uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde+rosso=giallo) con lo stesso dispositivo.
Negli anni novanta, furono realizzati LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore, fino a quando, con la realizzazione di LED a luce blu, fu possibile realizzare dispositivi che potevano generare qualsiasi colore integrando tre diodi di colore rosso, verde e blu (RGB = red green blue).
Parallelamente, è aumentata la quantità di luce emessa a livelli competitivi con quelli delle comuni lampadine. Ai giorni nostri possiamo contare inoltre LED ultravioletti, ma anche a luce bianca, più simile a quella del Sole e meglio compatibile con gli ambienti interni.
In cosa consiste questa nuova scoperta che potrebbe rivoluzionare il mondo dell'illuminazione led?
E' di pochi giorni fa invece, la notizia che potrebbe causare la seconda rivoluzione dei LED dopo gli RGB: la scoperta di molecole organiche fosforescenti, che brillano a temperatura ambiente. Ma cosa sono nello specifico?
Le molecole organiche sono quelle molecole contenenti carbonio che si trovano negli esseri viventi. Ad esempio vengono classificati come molecole organiche i vari carboidrati, proteine, grassi o lipidi e i nucleotidi; gli ultimi sono quelli che ci interessano di più per questa applicazione, essendo molecole complesse che giocano un ruolo chiave negli scambi energetici.
Vengono dette fluorescenti nel caso siano in in grado di riemettere le radiazioni elettromagnetiche ricevute, in particolare di assorbire radiazioni nell'ultravioletto ed emetterla nel visibile. Hanno quindi bisogno di un impulso, cioè una radiazione incidente, che permetta loro di promuovere gli elettroni a un livello energetico più alto.
Le nuove molecole organiche fosforescenti sono state scoperte dal team di ricercatori della Hong Kong University, capeggiato da Ben Zhong Tang. La ricerca completa è stata pubblicata sulla rivista “Chem”.
Grazie a queste i LED promettono di diventare ancora più brillanti, efficienti e consumare meno energia, portando con essi alcune nuove applicazioni come ad esempio tecniche per rilevare immagini biologiche, sistemi anti-contraffazione, interruttori e sensori sensibili alla luce.
All'inizio dell'articolo dicevamo quanto sia difficile per dei ricercatori migliorare qualcosa che è già la miglior tecnologia esistente sul mercato. Ebbene la difficoltà di migliorare i LED consiste nella complicata ricerca di nuovi materiali ancor più adatti allo scopo di illuminare: alcuni metalli inorganici sembrano promettenti, ma sono rari, costosi da lavorare e potenzialmente tossici.
La scoperta di queste molecole fosforescenti potrebbe quindi rappresentare un'alternativa interessante. Esse brillano in modo efficiente e persistente, con diversi colori e a temperatura ambiente, e potenzialmente sono tre volte più efficienti di un LED organico fluorescente.
Gli unici composti organici fosforescenti noti agli studiosi erano stati osservati solo a temperature molto basse e in assenza di ossigeno: con queste condizioni era impossibile pensare di realizzare dei diodi efficienti.
Durante gli esperimenti, i ricercatori sono partiti da un modello di comportamento di questi sistemi organici fosforescenti a temperatura ambiente, per poi progettare e sintetizzare cinque molecole a base di ossigeno e carbonio, da unire al semi conduttore, che sono in grado di emettere luce fino alla durata di 230 millisecondi e che possono essere programmate per brillare dalla luce di colore blu fino a quella arancione-rossa. Si potrà pertanto decidere in base alle evenienze di che colore vogliamo la nostra lampadina!
