Costruire una lampadina migliore

Le lampadine a incandescenza sono già vietate da molte nazioni, ma le voci sulla loro morte potrebbero, per parafrasare Mark Twain, essere grossolanamente esagerate. Un'innovazione del MIT potrebbe dare loro una nuova prospettiva di vita.

Le lampadine, una delle invenzioni più famose di Thomas Edison, sono una tecnologia che ha più di 130 anni. Funzionano riscaldando un filo sottile a circa 2.700 °C, facendolo emettere radiazioni di corpo nero, un ampio spettro di luce che fornisce un aspetto caldo e una resa fedele di tutti i colori in una scena. Ma circa il 95 percento dell'energia che entra in queste lampadine viene sprecata, la maggior parte sotto forma di calore. La nuova ricerca potrebbe finalmente cambiarlo.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2016

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Il professore di fisica Marin Soljacic '96, PhD '00, postdoc Ognjen Ilic, PhD '15, capo del dipartimento di ingegneria meccanica Gang Chen e altri tre hanno pubblicato la loro soluzione all'inizio di quest'anno. La chiave, dicono, è creare un processo in due fasi.

In primo luogo, viene riscaldato un filamento di metallo convenzionale. Ma il calore di scarto non può dissiparsi sotto forma di radiazione infrarossa, come al solito. Invece, le strutture secondarie che circondano il filamento catturano questa radiazione e la riflettono sul filamento da riassorbire. Queste strutture, una forma di cristallo fotonico, sono costituite da elementi abbondanti di terra e possono essere realizzate utilizzando la tecnologia di deposizione di materiale convenzionale.

Le lunghezze d'onda visibili desiderate della luce passano proprio attraverso questo materiale e fuori dal bulbo, ma le lunghezze d'onda dell'infrarosso vengono riflesse come da uno specchio. Quindi tornano al filamento, aggiungendo più calore che viene convertito in più luce. Dal momento che esce solo la luce visibile, il calore continua a rimbalzare verso il filamento fino a quando non finisce per diventare luce.

Questo secondo passaggio migliora notevolmente l'efficienza con cui l'elettricità viene convertita in luce. Le misurazioni dell'efficienza luminosa, che tengono conto della risposta dell'occhio umano, sono comprese tra il 2 e il 3 percento per le lampadine a incandescenza convenzionali, tra il 7 e il 15 percento per le lampade fluorescenti (comprese le CFL) e tra il 5 e il 15 percento per la maggior parte dei LED compatti. Le nuove lampade a incandescenza a due stadi potrebbero raggiungere efficienze fino al 40%.

Le prime unità proof-of-concept del team raggiungono già circa il 6,6% di efficienza luminosa, un risultato che si avvicina all'efficienza di alcune delle lampade fluorescenti compatte e dei LED compatti di oggi ed è un triplice miglioramento rispetto alle lampadine a incandescenza odierne.

I ricercatori si riferiscono al loro approccio come riciclaggio della luce, dice Ilic, poiché il loro materiale in effetti pesca spazzatura - le lunghezze d'onda indesiderate e inutili dell'energia - dal cestino e lo converte in una luce visibile piacevole e utile.

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