Téma týdne

Fotonické krystaly – druhá šance pro Edisonovu žárovku

Vědci letos v lednu zveřejnili koncept nového typu úsporné žárovky využívající nanofotoniku. S využitím vlastností nanokompozitů bychom mohli při svícení v jistém smyslu elektromagnetické záření recyklovat přímo ve svítidlech.

Fotonické krystaly – druhá šance pro Edisonovu žárovku
Fotonické krystaly – druhá šance pro Edisonovu žárovku

► Článek vznikl s použitím textu od Davida L. Chandlera | MIT News Office, January 11, 2016, dostupném na "MIT News"

Vzpomínáte na dobu, kdy jsme měli plnou skříň náhradních žárovek? Tyto žárovky se postupně od roku 2009 stahují a nahrazují se účinnějšími LED či halogenovými žárovkami. Klasické Edisonovy žárovky mají totiž nízkou životnost i účinnost, až 95 % spotřebované energie se proměňuje v odpadní teplo. Zároveň ale září přirozeným světlem, nezkreslují barvy a nevytvářejí stroboskopický jev. Právě jejich žádoucí vlastnosti byly hlavním důvodem, proč tým vědců z MIT a Purdue University v Indianě vytvořil žárovku, která v základu funguje stejně jako ta Edisonova. Ta nová se ale liší tím, že odpadní teplo znovu využívá ke svícení.

Prototyp nové žárovky má účinnost až 40 %, naproti tomu například LED žárovky se pohybují mezi pěti až dvaceti procenty. Stejně jako u Edisonovy žárovky zahřívá elektrický proud wolframové vlákno zhruba na 2 700 °C, čímž se uvolňuje značné množství tepla. Tepelnou energii, která je v tomto případě obvykle na škodu, se ale tým kolem profesorů Marina Soljačiće, Johna Joannopoulose a Gang Chena rozhodl zužitkovat. „LED jsou úžasné a lidé by je měli kupovat,“ říká Soljačić. „Ale porozumění efektivnímu využití energie, základním principům světelného toku, tepla a jejich interakce je významná pro širší škálu produktů,“ dodává. „Schopnost kontrolovat emise je velice důležitá a je skutečným přínosem naší práce. Ale mluvit o konkrétním využití této technologie pro další aplikace je zatím předčasné.“

Nová žárovka se opírá o vědní obor zvaný nanofotonika, který se pohybuje na rozhraní optiky a nanotechnologií. Spojení těchto dvou oborů dalo vzniknout fotonickému krystalu složeného z nanovrstev. Nový materiál způsobuje, že jím pro nás viditelné světlo prochází, avšak infračervené záření se od něj odráží zpět k vláknu. Vědci při vývoji krystalu počítali s rozdílnými vlnovými délkami infračerveného a pro lidské oko viditelného záření – jeho vlnová délka je oproti infračervenému kratší. Krystal z nanokompozitu záměrně nezachycuje viditelné záření, to prochází skrz a svítí. Odražené infračervené záření naopak postupně zahřívá vlákno, které díky tomu začíná svítit.

V podstatě jde o jednoduchý proces, který využívají i další tak zvané metamateriály. Jde o syntetické kompozitní materiály, které díky své struktuře získávají optické magnetické či elektrické vlastnosti, jež se u přírodních látek nevyskytují. Vědci tak pomocí ovlivňování vlnových délek například dokážou udělat věci neviditelnými či vytvořit ideální akustiku v místnosti.

Svítidla Nanoleaf je možné ovládat přes telefon. (zdroj foto: Nanoleaf)

Zatím není jasné, kdy se tento typ žárovek, které se nyní testují, objeví v obchodech. Podle aktuálních výsledků testů mají efektivitu kolem šesti procent – což jsou údaje srovnatelné s LED či úspornými žárovkami, které jsou již na trhu. Na březnovém veletrhu Light+Building ve Frankfurtu se letos s touto žárovkou zřejmě nesetkáme. Na trhu aktuálně rezonují hlavně světla reagující na současný trend internetu věcí a autonomní světelné systémy.

Své místo ale na něm mají i světla, jejichž používání je šetrnější k životnímu prostředí. Patří mezi ně například LED od firmy Nanoleaf, která v porovnání s ostatními produkty představuje energeticky vysoce úsporné svítidlo, které v sobě snoubí design oceněný Red Dot Award a možnost se zapínat a vypínat skrze mobilní telefon pomocí lidského hlasu. Za pozornost stojí i český výrobce světel Halla, novopečený držitel prestižní Red Dot Award, jehož svítidla rovněž kladou vysoký důraz na úsporu a environmentální šetrnost.

Text: Jan Petrš, ilustrační úvodní foto: Messe Frankfurt Exhibition, Jochen Günther