Photonische Kristalle erfinden Wolfram-Glühbirnen

Photonische Kristalle sind nanoskopische Strukturen, die Licht bestimmter Wellenlängen kanalisieren und andere Wellenlängen blockieren.

Diese Fähigkeit, Licht mit hoher Effizienz zu kontrollieren und zu filtern, macht sie für Anwendungen wie die Erhöhung der Effizienz von Photovoltaikzellen durch Absorption von Licht bei bestimmten optimalen Wellenlängen äußerst nützlich.

Heute sagen Sergei Belousov und Freunde vom Kintech Lab in Moskau und eine Reihe von Freunden vom GE Global Research Center im Bundesstaat New York, dass sie eine weitere Anwendung für photonische Kristalle haben. Sie haben herausgefunden, wie photonische Kristalle die Lichtemissionseffizienz von Wolfram dramatisch verbessern können, in der Hoffnung, die Glühbirne neu zu erfinden.



Wolframbirnen haben eine schlechte Presse, um es gelinde auszudrücken. Wolfram hat einen hohen Schmelzpunkt (3695 K) und kann so bis zum Glühen erhitzt werden, ohne zu schmelzen. Das Problem ist, dass nur 5 Prozent des ausgestrahlten Lichts sichtbar sind, der Rest ist Infrarot, das einfach verschwendet wird. Mit einem Wirkungsgrad von nur 5 Prozent sind Wolframbirnen schnell in Ungnade gefallen.

Die Frage, die Belousov und Co. beantworten wollten, lautet, ob sie die Nanostruktur von Wolfram so entwickeln können, dass ein photonischer Kristall entsteht, der sichtbares Licht emittiert und gleichzeitig die Emission von Infrarotlicht unterdrückt.

Sie untersuchten theoretisch die Eigenschaften mehrerer Strukturen, wie nanoskopische Wolfram-Blockbohlen und Kugeln, die in ein anderes Medium eingebettet sind. Während Wolfram-Blockbohlen kaum einen Unterschied machen, erfüllen Wolframkugeln mit einem Radius von nur einem Bruchteil eines Mikrometers genau ihren Zweck und emittieren Licht hauptsächlich im sichtbaren Bereich des Spektrums.

Belousov und Co. testeten ihre Idee dann, indem sie einen photonischen Wolfram-Kristall des erforderlichen Designs herstellten und die Lichtmenge, die er bei verschiedenen Frequenzen emittiert, maßen. Die neue Struktur emittiert deutlich weniger Infrarotlicht und hat einen Wirkungsgrad von 15 Prozent, deutlich über dem des Schüttguts.

Das ist eine deutliche Verbesserung und Verbesserungen werden sicherlich möglich sein. Ob es aber ausreicht, um eine Wolfram-Revolution bei Glühbirnen auszulösen, ist fraglich. Die aktuelle Generation von Kompaktleuchtstofflampen kann mit weniger als 30 Watt die Lichtleistung einer 100-Watt-Wolframlampe erreichen und LED-Leuchten mit weniger als 20 Watt.

Wenn Belousov und Co. wieder Wolfram in Glühbirnen stecken wollen, müssen sie sich erst einmal heftigen Widerständen stellen.

Ref: arxiv.org/abs/1212.3451 : Verwendung metallischer photonischer Kristalle als sichtbare Lichtquellen

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