domenica 22 febbraio 2015

179. Anno Luce (Blu)

L'Assemblea Generale delle Nazioni Unite ha proclamato il 2015
Anno Internazionale della luce e delle tecnologie basate sulla luce.

Quest’anno si celebrano 2 importanti anniversari:

1815, Concetto di luce come onda proposto da Fresnel
1865, Teoria elettromagnetica della propagazione della luce proposta da Maxwell


Anche il Nobel per la Fisica 2014 ha voluto premiare una tecnologia basata sulla luce:

è stato assegnato a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura per la loro invenzione dei LED (diodo a emissione luminosa) a luce blu.




 
 
I LED a luce blu sono la base delle moderne lampadine a basso impatto ambientale (risparmio energetico) e di una vasta gamma di altre applicazioni.

Realizzati nella loro forma concreta 20 anni fa, i LED blu sono l’anello mancante (inseguito per oltre 30 anni) che ha reso possibile le lampade LED a luce bianca.
 

La prima luce allo stato solido è stata prodotta nel 1907 da Henry J. Round; diversi studi sono stati fatti negli anni ’20 e ’30 in Unione Sovietica, ma la mancanza di una comprensione teorica del fenomeno ha limitato la scoperta ad una curiosità di laboratorio.

Filamenti riscaldati o gas ionizzati producono luce come prodotto “secondario”, mentre un LED produce luce “primaria” fornendo una vera luce "fredda".

Un LED è composto da strati di materiale semiconduttore e, nella sua forma più semplice, è costituito da uno strato drogato N, che ha un eccesso di elettroni, ed uno strato drogato P che manca di elettroni (o che ha un eccesso di lacune positive).
Quando una corrente passa attraverso il dispositivo, elettroni e lacune si combinano nello strato attivo intermedio e generano luce.





 


La lunghezza d'onda della luce (e quindi il suo colore) è funzione dei materiali utilizzati.

 
I LED rossi sono stati inventati nel 1950 e ben presto trovarono applicazioni come spie e come display in calcolatrici e orologi digitali.
Entro la fine del 1960, sono stati inventati LED infrarossi e verdi.

Tuttavia il LED blu necessario per creare luce bianca si rivelò molto più difficile da produrre.

Il LED blu è necessario per ottenere luce bianca:

-        per combinazione con LED rossi e verdi,

-        utilizzando fosforo che crea luce gialla.
 
 

 

Questo ha richiesto una lunga serie di innovazioni in fisica dei materiali.

Akasaki, Amano, e Nakamura, hanno lavorato per anni al problema, spesso costruendo le attrezzature necessarie. La soluzione era il nitruro di gallio (GaN).
 

Le lampade a LED emettono luce fino a 300 lumen per watt (lm/W), molto più efficienti rispetto ai 16 lm/W delle lampadine a incandescenza tradizionali e ai 70 lm/W delle lampade fluorescenti.

 





Oltre che per l’illuminazione domestica e commerciale, sono utilizzati per i fari delle automobili, le luci dei lampioni, le luci delle luminarie, i flash per fotocamere e le torce tascabili.
Inoltre, questa tecnologia ha permesso lo sviluppo dei più moderni televisori, dei laser LED per lettori Blu-ray e di stampanti laser più efficienti.

I LED blu hanno un notevole impatto positivo sull'ambiente. Non utilizzano mercurio (come in molte lampade per l’illuminazione stradale) e visto che una notevole frazione della produzione di energia mondiale viene utilizzata per l'illuminazione, la luce fredda del LED ha un grande potenziale per ridurre la domanda di energia. Infine i LED durano fino a 100.000 ore invece delle 1.000 ore per le lampade a incandescenza e delle 10.000 ore per le lampade fluorescenti.
 

I link seguenti riguardano le Letture di Akasaki, Amano e Nakamura effettuate alla consegna dei Nobel (8 Dicembre 2014, Aula Magna, Università di Stoccolma).
 






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