Le lucciole ispirano nuovi LED ad alta efficienza / Fireflies inspire new high-efficiency LEDs

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La biomimesi tende una mano alla progettazione dei diodi a emissione luminosa per incrementarne le prestazioni

Gli scienziati scoprono che le microstrutture asimmetriche sono in grado di aumentare l’estrazione della luce nei LED

La nuova illuminazione ad alta efficienza potrebbe aver preso ripetizioni da Madre Natura. Le ultime ricerche del settore, infatti, si affidano alla biomimesi per trovare una soluzione ingegneristica in grado di migliorare ulteriormente le luci LED. Oggi i diodi a emissione luminosa presenti sul mercato, rappresentano una delle soluzioni illuminotecniche più vantaggiose in termini di durata ed efficienza. Il segmento commerciale sta crescendo rapidamente a livello mondiale e le ultime stime ritengono che possa raggiunga gli 85 miliardi di dollari di valore entro il 2024. Ma i giochi non sono chiusi, come spiega Shizhuo Yin, professore di ingegneria elettrica alla Penn State: “L’efficienza dei LED commerciali è attualmente solo del 50% circa e una delle maggiori preoccupazioni odierne è come riuscire ad aumentarla”.

Per riuscire nell’impresa, Yin e colleghi si sono concentrati sull’efficienza d’estrazione della luce, cercando negli archivi di Madre Natura un modello a cui ispirarsi. Hanno così scoperto che lucciole e LED affrontano sfide simili nel rilasciare la luce che producono dal momento che le onde possono essere riflesse all’indietro e andare perse. In realtà questo negli insetti non succede perché le lucciole possiedono microstrutture asimmetriche nel segmento finale dell’addome che consentono una maggiore interazione della luce con la superficie unitamente ad effetto di randomizzazione dei riflessi. Per il team non si è trattato altro che di replicare la superficie micro strutturata anche sui diodi.

Gli scienziati hanno impiegato la stampa 3D su scala nanometrica per creare minuscole piramidi, modellate tramite calcoli computazionali. I test hanno mostrato che questa soluzione può migliorare l’efficienza dell’estrazione della luce intorno al 90%. I ricercatori hanno modificato solo una parte del processo di produzione, suggerendo pertanto che il loro approccio potrebbe essere facilmente applicato alla fabbricazione commerciale di LED. I risultati sono stati recentemente pubblicati online su Optik e appariranno nell’edizione stampata di aprile.

ENGLISH

Biomimetics lends a hand to the design of light-emitting diodes to increase their performance

Scientists discover that asymmetric microstructures are able to increase light extraction in LEDs

The new high-efficiency lighting may have taken repetitions from Mother Nature. The latest research in the sector, in fact, rely on biomimetics to find an engineering solution that can further improve the LED lights. Today the light emitting diodes on the market represent one of the most advantageous lighting solutions in terms of duration and efficiency. The commercial segment is growing rapidly worldwide and the latest estimates estimate it could reach $ 85 billion worth by 2024. But the games are not closed, as Shizhuo Yin, Penn State electrical engineering professor explains: "L The efficiency of commercial LEDs is currently only around 50% and one of the major concerns today is how to increase it ".

To succeed in the enterprise, Yin and colleagues focused on the efficiency of light extraction, looking for a model to inspire in Mother Nature's archives. They discovered that fireflies and LEDs face similar challenges in releasing the light they produce as waves can be reflected back and lost. In fact, this does not happen in insects because the fireflies possess asymmetric microstructures in the final segment of the abdomen that allow greater interaction of light with the surface together with the effect of randomization of the reflexes. For the team it was no more than replicating the micro-structured surface also on the diodes.

Scientists used nanoscale 3D printing to create tiny pyramids, modeled through computational calculations. Tests have shown that this solution can improve the efficiency of light extraction around 90%. The researchers modified only part of the production process, suggesting that their approach could easily be applied to the commercial manufacture of LEDs. The results were recently published online on Optik and will appear in the printed edition of April.

Da:

http://www.rinnovabili.it/energia/efficienza-energetica/led-efficienza/