لامپ‌های رشته‌ای و فناوری بازیافت نوری

حتما شما هم احساس کرده اید که لامپ‌‌های رشته‌‌ای نور بسیار گرم تر و دوستداشتنی تری نسبت به لامپ‌‌های فلوئورسنت و LED دارند؛ اما در ازای این نور زیبا مشکل مهمی به نام مصرف بالای انرژی نیز وجود دارد که طی آن بیشتر انرژی مصرفی این لامپ‌‌ها به جای تولید نور، صرف ایجاد گرما می‌‌شود.

فناوری جدید و خلاقیت پژوهشگران مشتاق به کار این بار هم به داد شما می‌‌رسد و لامپ‌‌های رشته‌‌ای با بازدهی بسیار بالایی را به تولید رسانده که با استفاده از گرمای به هدر رفته نور بیشتری تولید می‌‌کند؛ در نتیجه انرژی هدر رفته مجددا مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. گفتنی است این طرح در همکاری مشترکی بین دانشگاه MIT و دانشگاه Purdue به تولید رسیده است.

اگر از لامپ‌‌های رشته‌‌ای معمولی استفاده کنید، نوری که به دست خواهید آورد مخلوطی خواهد بود از نور مرئی قابل مشاهده توسط شما و نور فروسرخ -همان تابش گرمایی که هنگام نزدیک شدن به این لامپ‌‌ها احساس می‌‌کنید-. این پدیده به این دلیل است که این لامپ‌‌ها برای تولید نور از تابش جسم سیاه - همان رشته‌‌ی تنگستنی درون حباب لامپ - استفاده می‌‌کنند که بخش زیادی از آن به صورت گرما به هدر می‌‌رود. نکته‌‌ی متفاوتی که درباره‌‌ی این لامپ‌‌های رشته‌‌ای جدید وجود دارد این است که رشته‌‌ی درون این لامپ‌‌ها با لایه‌‌ای از ساختاری به نام بلورهای فوتونیک (photonic crystals) پوشانده شده است که ویژگان نوری یکتایی دارند.

این بلورها که ماده‌‌ی سازنده‌‌ی آن‌‌ها می‌‌تواند از عناصر بسیار فراوان برروی زمین باشد، به وسیله‌‌ی فناوری لایه‌نشانی تولید می‌‌شوند و به دلیل ساختار بلوری ویژه‌‌ای که ذرات در آنها تشکیل می‌‌دهند تنها به نور مرئی اجازه‌‌ی عبور خواهند داد؛ در حالی که نور فروسرخ را به سمت رشته‌‌ی ملتهب باز می‌‌تابانند که این منجر به گرم ماندن بیشتر رشته و تابش بیشتر نور مرئی می‌‌شود در حالی که هیچ الکتریسیته‌‌ی بیشتری مصرف نمی‌شود.

وقتی میزان افزایش بازده نوردهی این لامپ‌‌های جدید را با لامپ‌‌های قدیمی مقایسه کنیم، بهبود قابل ملاحظه‌‌ای دیده می‌‌شود. بازده نوردهی لامپ‌‌ها که به صورت میزان نور مرئی خروجی (luminous) سنجیده می‌‌شود در لامپ‌‌ها رشته‌‌ای معمولی حدود ۲ الی ۳ درصد است که با لامپ‌‌های فلوئورسنت این میزان به ۷ الی ۱۵ درصد و با لامپ‌‌های LED نیز این میزان حدود ۵ الی ۱۵ درصد می‌‌رسد. حال این نکته را در نظر بگیرید که این بازدهی در مورد لامپ‌‌های رشته‌‌ای جدید با توسعه‌‌ی بیشتر به چیزی حدود ۴۰ درصد می‌‌رسد که بازدهی بسیار بالایی به نظر می‌‌رسد.

البته لامپ‌‌های جدید که تاکنون به صورت نمونه‌ی اولیه ساخته شده‌اند بازدهی در حدود ۶.۶ درصد دارند که البته خود در حد و اندازه‌‌ی برخی لامپ‌‌های LED و فلوئورسنت است و حدود سه برابر از لامپ‌‌های رشته‌‌ای پیشین نیز بالاتر است.

نتایج و جزئیات این پژوهش در نشریه‌‌ی علمی Nature Nanotechnology به چاپ رسیده است.