- LED - công nghệ làm thay đổi thế giới
- Mỹ kỷ niệm sinh nhật lần thứ 110 của một chiếc bóng đèn
- Giải Nobel Vật lý vinh danh phát minh đèn LED
Đèn sợi đốt thế hệ mới
Đi tìm cái mới trong cái cũ
Năm 1879, nhà khoa học Thomas Edison đã phát minh ra chiếc bóng đèn sợi đốt đầu tiên. Phát minh này của ông đã làm thay đổi cả nhân loại trong hàng trăm năm. Tuy nhiên, khi hàng loạt các thế hệ bóng đèn mới như huỳnh quang, LED ra đời, bóng đèn sợi đốt bị đẩy lùi dần vào quá khứ bởi hiệu quả thấp hơn so với những loại bóng đèn hiện đại. Ngoài việc tỏa nhiệt cao, bóng đèn sợi đốt cũng tỏa ra nguồn năng lượng hồng ngoại quá lớn gây lãng phí.
Bóng đèn sợi đốt truyền thống hoạt động bằng cách cho dòng điện chạy qua dây tóc được làm bằng volfram. Dây tóc sẽ được nung nóng lên tới nhiệt độ khoảng 2.760 độ C và phát sáng. Với nhiệt độ cao như vậy, bóng đèn sợi đốt sẽ tỏa nhiệt mạnh, đồng thời phát ra những bức xạ hồng ngoại, quang phổ của ánh sáng rộng giúp chúng ta có thể nhìn rõ mọi vật xung quanh rõ nét và không khiến cho mắt có cảm giác nhức mỏi hay khó chịu. Trên thực tế, có đến 95% năng lượng mà bóng đèn sợi đốt tỏa ra bị lãng phí bởi chỉ có 2% điện năng chuyển thành quang năng. Trong khi đó, tỷ lệ này ở đèn huỳnh quang và đèn LED là từ 5-15%. Đó cũng chính là lý do dẫn tới sự tụt lùi của bóng đèn sợi đốt.
Tuy nhiên, mới đây các nhà khoa học thuộc MIT và Đại học Purdue đã tìm cách thay đổi xu hướng này bằng việc sử dụng một cấu trúc tinh thể đặc biệt cho bóng đèn được thiết kế từ những mảnh gương ở kích thước nano, tận dụng nguồn năng lượng từ bức xạ hồng ngoại của đèn sợi đốt, đem lại tính năng, hiệu quả cao hơn cho loại bóng đèn truyền thống này.
Hiệu quả đầy bất ngờ
Các nhà khoa học cho biết, quá trình “tái chế ánh sáng” của bóng đèn sợi đốt thế hệ mới được chia làm nhiều giai đoạn. Đầu tiên, các nhà khoa học sẽ sử dụng các tinh thể photonic (loại vật liệu cho ánh sáng trong vùng quang phổ đi qua nhưng phản xạ ánh sáng hồng ngoại trở lại dây tóc bóng đèn). Năng lượng hồng ngoại sau khi được hấp thụ sẽ tái phát. Chu trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần để tăng cường hiệu suất chuyển đổi của bóng đèn. Ngoài ra, dây tóc bóng đèn được thiết kế có bề mặt rộng hơn để dễ hấp thu bức xạ ánh sáng.
Trong quá trình thử nghiệm, bóng đèn sợi đốt thế hệ mới đạt hiệu suất chuyển đổi điện năng thành quang năng ở mức 6,6%, cao hơn gấp 3 lần so với loại bóng đèn sợi đốt thông thường, thậm chí có thể cao hơn một số loại bóng đèn LED. Các nhà khoa học còn khẳng định, nếu tiếp tục nghiên cứu, con số này còn cao hơn nữa. “Kết quả rất ấn tượng, thể hiện độ sáng và hiệu quả năng lượng cạnh tranh so với các loại bóng đèn hiện đại ngày nay”, Alejandro Rodriguez, Phó Giáo sư Kỹ thuật điện khẳng định.
Giáo sư Vật lý Marin Soljacic thuộc MIT chia sẻ, công nghệ này không chỉ dừng lại ở việc “tái chế ánh sáng” của bóng đèn sợi đốt mà nó có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. “Công nghệ mới này sẽ được ứng dụng rất nhiều trong thực tiễn. Điều quan trọng nhất là khả năng kiểm soát và tái thiết được nhiệt năng tỏa ra từ bóng đèn” - Giáo sư Soljacic nói.
Các nhà khoa học của MIT hy vọng rằng, công nghệ mới này sẽ tạo tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo về bóng đèn sợi đốt, mở đường cho những thiết kế có tính đột phá trong tương lai.
