MIT araştırmacıları şu anda laboratuvarlarında iki-aşamalı bir akkor flamanlı lambayı geliştirmek üzerine çalışıyor. Bu lamba LED’lerin verimliliğinin iki katını vadediyor!
Biz “hızlı” bir dünyada yaşıyoruz. Sadece bir yıl önce 2014 Fizik Nobel Ödülü kazanan üç kişilik ekibin bir üyesi olan Shuji Nakamura tüm aydınlatma dünyasında bir “kahraman” olmuştu. Ancak şimdi bu yeni çalışma onun başarısını da geçecek gibi görünüyor. Aslında Nakamura dahi geleceğin lazer ışığında yattığını söylese de şu anda aydınlatma dünyası olup bitenden memnun gibi. Belki de bu durum aydınlatmayı başka bir yöne götürecek ve belki de hafıza rotamızın aşağısına doğru bir yolculuğa çıkaracak.
MIT’deki araştırmacılar LED’lerden iki kat daha verimli bir akkor filamanlı lamba geliştirmeyi başardılar. Hayır, şaka değil! Zamanında tasarımcıların çoğunluğu LED’in avantajları konusunda fikir birliği içindeydi. Frankfurt’ta fuarda yer alacak olan tüm aydınlatma endüstrisi LED’in ötesinde bir şey düşünmez gibi görünüyorken bilimsel dergiler birden bu çığır açan haberi paylaştı.
Aydınlatma alanındaki ilk tasarımcılar, uzmanlar altın değerindeki eski akkor flamanlı lambaların değerini ve yüksek teknoloji yarı-iletken teknolojinin dezavantajlarını herkese hatırlattı. Aslında gerçekler şöyle:
Geleneksel aydınlatma lambaları –unutulma yolunda oldukları düşünülürken- teknolojik atılım sayesinde artık biraz rahatlayabilir.
Akkor flamanlı aydınlatma ve onun sıcak, tanıdık parlaklığı yüzyılı aşkın bir tarihe sahip. Bu lambalar, tüm dünyada evlerde hala “ayakta kalarak” kullanılmaya devam ediliyor. Ancak birden bire hızlı ve değişen bir sürece girildi. Yapılan yeni düzenlemeler enerji etkinliğini geliştirmeyi hedefliyor. Bu süreç; eski lambaların, daha verimli kompakt flüoresanlar (CFLs) ve daha da yeni bir teknoloji olan ışık-yayan diodlarla (LED) değişimini kapsıyor.
Akkor flamanlı lambalar ticari olarak Thomas Edison tarafından geliştirildi (ve hala çizgi filmciler tarafından yaratıcı ön görünün bir sembolü olarak kullanılıyor). İnce tungsten bir kabloyu yaklaşık 2,700 Selsius derecesinde ısıtarak çalışıyorlar. Bu sıcak kablo, “siyah vücut radyasyonu” olarak bilinen oldukça geniş spektrumlu, ortamdaki tüm renklerde sıcak görünüş-sadık görselleştirme sunan bir ışık yayar.
Ancak akkor flamanlı lambalar her daim büyük bir problemden muzdaripler: Onlara giden enerji %95’in üzerinde harcanır ve bunun çoğunluğu ısıdır. İşte tam da bu yüzden ülkeler birbirinin peşi sıra ya bu lambaları yasakladılar ya da aşamalı olarak bu yetersiz teknolojiyi durdurdular. Şimdi ise MIT’deki araştırmacılar ve Purdue Üniversitesi bütün bunların hepsini değiştirecek bir yol bulmuş olabilirler.
Nature Nanotechnology dergisinde şu üç MIT profesörü tarafından yeni bulgular açıklandı: Fizik Profesörleri Marin Soljačić, John Joannopoulos ve Gang Chen. Bulgular üzerine dergide açıklamaları yapanlar arasında MIT’ten bilim adamı Ivan Celanovic, doktora sonrası araştırmacısı Ognjen Ilic, ve Purdue’den fizik profesörü (aynı zamanda MIT mezunu) Peter Bermel de bulunuyor.
Işık “geri dönüşüyor”
Araştırmacıların bildirdiğine göre bu çalışmadaki önemli olan nokta “iki-aşamalı” süreç. İlk aşama geleneksel ısıtılmış metal filaman -tüm kayıplarıyla birlikte- içeriyor. Ancak harcanmış ısıyı kızıl ötesi radyasyon formunun içinde dağıtmaya izin vermek yerine, ikincil yapılar flamanı sarıyor, bu radyasyonu yakalıyor ve tekrar emilip-görünür ışık olarak yeniden yayılmak için filamana geri yansıtıyor. Bu yapılar, fotonik kristalin formu, dünyada bol miktarda var olan elementlerden yapılıyor ve geleneksel malzeme-birikimi teknolojisi kullanılarak da yapılabilirler.
Bu ikinci aşama, sistemin elektriği ışığa nasıl etkili bir şekilde dönüştürdüğüne dair dramatik bir fark yaratıyor. Geleneksel akkor flamanlı lamba elektriğin %2-%3’ünü ışığa çevirir. Flüoresanlar’da bu oran (CFL’ler dahil) %7-%15 ve en ticari LED’lerde ise %5-%20 arasındadır. MIT ekibi ise bu yeni iki-aşamalı akkor flamanlı lambalarda bu oranın %40 seviyelerine çıkabileceğini iddia ediyor.
Ekip tarafından yapılan bu konseptin ilk ispat üniteleri henüz iddia edilen aşamaya çıkamadı. Şu anda yaklaşık olarak oranları %6.6 civarında bir verimliliğe sahip. Ancak bu ilk sonuçlar dahi bugünün bazı CFL ve LED’lerinin verimlilikleriyle aynı oranlara sahip. Ayrıca geleneksel akkor flamanlı lambaların verimliliğini çoktan üç kat geçmiş durumdalar.
Ilic, ekibin şu anki yaklaşımlarını “ışık geri dönüşümü” olarak adlandırdıklarını söylüyor. Bunun nedeni de şu; onların kullandıkları materyal istenmeyendi, enerjinin faydasız dalga boylarını içeriyordu ve onları görünür ışık dalga boylarına dönüştürmek asıl hedeflenen şey idi. Soljačić: “Materyal enerjiyi geri dönüştürüyor. Eğer öyle olmasa harcanmış olacak” diye konuşuyor.
Lambalar ve ötesi
Araştırmacıların başarılarının bir diğer anahtarı ise oldukça geniş dalga boyları ve açılar için çalışan bir fotonik kristal tasarlamaları. Bu kristalin kendisi yüzeye yerleşmiş bir ince katmanlar kümesi içeriyor. Ilic bunu şu şekilde açıklıyor: “Doğru kalınlık ve doğru sırayla katmanları bir araya koyarsanız bu gerçekleşebiliyor.” Sistemlerinde istenilen dalga boyları materyalden geçiyor ve lambadan çıkıyor. Ancak kızılötesi dalga boyları, sanki bir aynayla yapılıyor gibi, yansıtılıyor. Daha sonra bunlar, filamana geri yolculuk yapıyor, sonradan daha fazla ışığa dönüşecek olan daha fazla ısı ekliyor.
Princeton Üniversitesi’nden Elektrik Mühendisliği Yardımcı Doçenti Alejandro Rodriguez şöyle devam ediyor: “Sonuçlar oldukça etkileyici. Flüoresanlar dahil geleneksel ve LED aydınlatma kaynaklarına rakip olacak parlaklık ve verimlilik gücünü ortaya koyuyor. Bulgular, eski problemler için yeni fotonik tasarımlar uygulamasının bizleri potansiyel yeni cihazlara kadar götürebileceklerinin bir kanıtı. Bu çalışmanın akkor filamanlı yayıcılar alanındaki gelecek çalışmaları canlandıracağını ve bir ileri aşamaya taşıyacağına inanıyorum. Ticari olarak ölçeklendirilebilen yapıların gelecek tasarımına bir yol oluşturabilir.”
Çalışma, Askeri Nanoteknolojiler MIT Enstitüsü sayesinde Army Araştırma Ofisi tarafından desteklendi. Ayrıca Amerikan Enerji Departmanı tarafından finanse edilen S3TEC Enerji Frontier Araştırma Merkezi de projeyi destekliyor.
Peki en sonunda bu lambalar LED’lerden daha etkili bir aydınlatma kaynağı haline gelir mi? Yaşanan deneyimler ve tarihe bakılırsa bu yenilenen versiyonların, LED’lerin kendilerini “evde” hissetmeye başladıkları aydınlatma pazarının bazı bölümlerini tekrar ele geçirebilir.
Haber: Von Joachim Ritter
Haber kaynağı: https://pld-m.com/steht-die-allgebrauchslampe-vor-einem-comeback/?lang=en