Lâmpadas tradicionais, pensado estar a caminho do esquecimento, pode receber um indulto graças a um avanço tecnológico.

Iluminação incandescente e quente, o brilho familiar tem bem mais de um século, mas sobrevive praticamente inalterado nas casas ao redor do mundo. Isso está mudando rápido, Contudo, já que as regulamentações destinadas a melhorar a eficiência energética estão eliminando as lâmpadas antigas em favor de lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs) mais eficientes e lâmpadas de diodos emissores de luz (LEDs) mais recentes.

Lâmpadas incandescentes, desenvolvido comercialmente por Thomas Edison (e ainda usado por cartunistas como símbolo de visão inventiva), funcionam aquecendo um fio fino de tungstênio a temperaturas de cerca de 2, 700 graus Celsius. Esse fio quente emite o que é conhecido como radiação de corpo negro, um espectro de luz muito amplo que fornece uma aparência acolhedora e uma reprodução fiel de todas as cores em uma cena.

Mas essas lâmpadas sempre sofreram de um grande problema:mais de 95 por cento da energia que vai para elas é desperdiçada, a maior parte dele como calor. É por isso que país após país proibiu ou está eliminando a tecnologia ineficiente. Agora, pesquisadores do MIT e da Purdue University podem ter encontrado uma maneira de mudar tudo isso.

As novas descobertas são relatadas no jornal Nature Nanotechnology por três professores do MIT - Marin Soljačić, professor de física; John Joannopoulos, o professor de física Francis Wright Davis; e Gang Chen, o Professor Carl Richard Soderberg em Engenharia de Energia, bem como o cientista pesquisador do MIT Ivan Celanovic, pós-doutorado Ognjen Ilic, e professor de física de Purdue (e ex-aluno do MIT) Peter Bermel PhD '07.

Reciclagem leve

A chave é criar um processo de duas etapas, relatam os pesquisadores. A primeira fase envolve um filamento de metal aquecido convencional, com todas as perdas decorrentes. Mas, em vez de permitir que o calor residual se dissipe na forma de radiação infravermelha, estruturas secundárias ao redor do filamento capturam essa radiação e a refletem de volta para o filamento para ser reabsorvida e reemitida como luz visível. Essas estruturas, uma forma de cristal fotônico, são feitos de elementos abundantes na Terra e podem ser feitos usando a tecnologia de deposição de material convencional.

Essa segunda etapa faz uma grande diferença na eficiência com que o sistema converte luz em eletricidade. A eficiência das lâmpadas incandescentes convencionais está entre 2 e 3 por cento, enquanto o de fluorescentes (incluindo CFLs) está atualmente entre 7 e 13 por cento, e a dos LEDs entre 5 e 13 por cento. Em contraste, as novas lâmpadas incandescentes de dois estágios podem atingir eficiências de até 40 por cento, a equipe diz.

As primeiras unidades de prova de conceito feitas pela equipe ainda não atingiram esse nível, atingindo cerca de 6,6 por cento de eficiência. Mas mesmo esse resultado preliminar corresponde à eficiência de algumas lâmpadas fluorescentes compactas e LEDs de hoje, eles apontam. E já é uma melhoria tripla em relação à eficiência das lâmpadas incandescentes de hoje.

A equipe se refere à sua abordagem como "reciclagem leve, "diz Ilic, uma vez que seu material absorve o indesejado, comprimentos de onda inúteis de energia e os converte nos comprimentos de onda de luz visível desejados. "Ele recicla a energia que de outra forma seria desperdiçada, "diz Soljačić.

Lâmpadas e além

Um dos segredos de seu sucesso foi projetar um cristal fotônico que funciona em uma ampla gama de comprimentos de onda e ângulos. O próprio cristal fotônico é feito como uma pilha de camadas finas, depositado em um substrato. "Quando você junta camadas, com as espessuras e sequência certas, "Ilic explica, você pode obter um ajuste muito eficiente de como o material interage com a luz. Em seu sistema, os comprimentos de onda visíveis desejados passam direto pelo material e saem do bulbo, mas os comprimentos de onda infravermelhos são refletidos como se fossem de um espelho. Eles então viajam de volta para o filamento, adicionando mais calor que então é convertido em mais luz. Uma vez que apenas o visível sai, o calor continua voltando para o filamento até que finalmente termina como luz visível.

A tecnologia envolvida tem potencial para muitas outras aplicações além de lâmpadas, Soljačić diz. A mesma abordagem poderia "ter implicações dramáticas" para o desempenho de esquemas de conversão de energia, como termo-fotovoltaico. Em um dispositivo termo-fotovoltaico, calor de uma fonte externa (química, solar, etc.) faz um material brilhar, fazendo com que emita luz que é convertida em eletricidade por um absorvedor fotovoltaico.

"LEDs são ótimas coisas, e as pessoas deveriam comprá-los, "Soljačić diz." Mas compreender essas propriedades básicas "sobre a forma como a luz, aquecer, e a matéria interage e como a energia da luz pode ser aproveitada com mais eficiência "é muito importante para uma ampla variedade de coisas".

Ele acrescenta que “a capacidade de controlar as emissões térmicas é muito importante. Essa é a real contribuição deste trabalho”. Quanto a exatamente quais outras aplicações práticas são mais propensas a fazer uso desta nova tecnologia básica, ele diz, "é muito cedo para dizer."