I cofondatori di LumiSands Chang-Ching Tu, sinistra, e Ji Hoo con una demo che mostra lo scaldino, tonalità più morbida della lampadina a LED (lato sinistro) dopo che un film incorporato con le loro nanoparticelle di silicio che emettono rosso è stato posizionato sotto. La scatola a destra è identica, lampadina LED standard. Credito:Mary Levin, UW
(Phys.org) —Diodi emettitori di luce, o LED, sono le lampadine più efficienti e rispettose dell'ambiente sul mercato. Ma hanno un prezzo iniziale più alto rispetto ad altre lampadine, soprattutto quelli con tonalità più calde e accattivanti.
I ricercatori dell'Università di Washington hanno creato un materiale che secondo loro renderebbe le lampadine a LED più economiche e più ecologiche da produrre, abbassando il prezzo. Le loro nanoparticelle a base di silicio ammorbidiscono la luce blu emessa dai LED, creando una luce bianca che ricorda più da vicino la luce del sole.
L'azienda, LumiSands, iniziato come un progetto di studente laureato per il CEO Chang-Ching Tu, che ha ricevuto il suo dottorato in ingegneria elettrica presso l'UW e ha appena completato un periodo come ricercatore post-dottorato in scienza e ingegneria dei materiali. Questa primavera, la start-up nata dall'UW Center for Commercialization, un processo che i suoi due fondatori sperano porterà alla firma di una licenza di commercializzazione per la tecnologia.
I LED emettono luce quando gli elettroni si muovono attraverso un materiale semiconduttore. Sono più efficienti delle normali lampadine a incandescenza o fluorescenti, ma sono anche più costosi. Ciò è in parte dovuto al fatto che all'interno di ogni lampada a LED, sostanze costose note come fosfori di elementi delle terre rare aiutano ad ammorbidire la dura luce blu che i LED emettono naturalmente.
Ma questi elementi delle terre rare sono pericolosi da estrarre e lavorare. La Cina controlla quasi tutto il mercato di questi materiali, che ha quadruplicato il prezzo medio negli ultimi anni.
È qui che entra in gioco LumiSands. L'azienda utilizza silicio, derivato dalla sabbia, invece di elementi di terre rare per convertire parte della luce blu emessa dai LED in verde, gialli e rossi. La luce risultante assomiglia più alla luce del sole.
L'equipaggio di due piani di vendere direttamente ai produttori di lampadine a LED che stanno cercando di abbandonare i materiali sempre più costosi per realizzare le luci.
I ricercatori usano una luce nera per mostrare la fotoluminescenza delle loro nanoparticelle di silicio. Credito:Mary Levin, UW
"Auspicabilmente, i produttori potrebbero sostituire gli elementi tradizionali delle terre rare con il nostro materiale con passaggi aggiuntivi minimi, " disse Ji Hoo, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica UW e co-fondatore di LumiSands. "Sarà più economico, illuminazione di migliore qualità per gli utenti."
Le lampadine a incandescenza emettono una luce molto simile alla luce del sole – e più facile per i nostri occhi – ma le lampadine sono inefficienti e producono molto calore. lampadine fluorescenti, visti più comunemente come tubi lunghi nelle lampade da ufficio sopraelevate, sono più efficienti delle luci ad incandescenza, ma contengono mercurio, pongono preoccupazioni per la salute e l'ambiente.
LumiSands incide particelle di dimensioni nanometriche da wafer di silicio. L'elemento, che di solito non emette luce, può iniziare a brillare quando la sua dimensione delle particelle cristalline è inferiore a 5 nanometri. La superficie è rinforzata attraverso un processo di chimica umida. Quando le nanoparticelle di silicio che emettono rosso vengono aggiunte alle lampadine a LED, la luce diventa più morbida e più calda nella tonalità.
"La bellezza della nostra tecnologia è creare un materiale fluorescente altamente efficiente utilizzando silicio anziché elementi di terre rare o altri tipi di semiconduttori composti di metalli pesanti, " Ha detto Tu. "Il processo di produzione può essere eseguito in un ambiente di laboratorio di base ed è facile da scalare".
Questo dispositivo testa la qualità e l'affidabilità dei fosfori di nanoparticelle di silicio che LumiSands ha creato per l'utilizzo nell'illuminazione a LED. Credito:Mary Levin, UW
LumiSands prevede di modificare la tecnologia del rosso prima di passare ad altri colori come il giallo e il verde, che consentirà ai LED di proiettare una luce bianca senza elementi di terre rare.
La società ha ricevuto finanziamenti dalla National Science Foundation, la Washington Research Foundation e il W Fund. Ha ricevuto una menzione d'onore nel 2012 Foster School of Business Environmental Innovation Challenge e un premio nel programma di mentoring Jones Milestones/Foster Accelerator 2012.
Ora, LumiSands sta completando un prototipo della tecnologia e sta inviando campioni ai partner del settore dell'illuminazione per la valutazione. Richiederà il finanziamento della seconda fase competitiva del NSF, che potrebbe lanciare l'azienda verso la produzione della sua tecnologia entro un anno.
