21 ноября 2017 Г. Нанотехнологии и наноматериалы Российские нанотехнологии STRF.RU регистрация вход

   
Подписка
Главная / Новости и События / Все новости
Редколлегия
Контакты
Размещение рекламы
Партнёры
форум
В мире НАНО
Реклама

Украинский сайт нанотехнологий

Новости и События

Все новости

22.08.2016   «Светодиоды могут жить в десятки раз дольше»

Учёные из Университета ИТМО создали оптические люминесцентные стёкла, которые излучают видимый свет под действием ультрафиолета, сообщается в поступившем в редакцию пресс-релизе. Новые материалы могут быть полезны в энергетике – для увеличения эффективности и срока службы солнечных батарей. Также их можно применять в производстве более «долгоиграющих» белых светодиодов с лучшей цветопередачей. Результаты исследования опубликованы в Journal of Luminescence.

Ультрафиолет и пыль снижают рабочие характеристики кремниевых солнечных батарей. Для защиты от этих негативных факторов используют стеклянные экраны. Но, если батарею накрывать не обычным стеклом, а люминесцентным (светящимся в результате поглощения УФ излучения), можно не только защитить её от механических загрязнений, но и заметно выиграть в количестве света, попадающем в конечном счёте на поверхность батареи.

Созданный в Международной лаборатории «Современные фотонные материалы и технологии» Университета ИТМО оптический материал поглощает ультрафиолетовое излучение и преобразует его в свет видимого диапазона. Вместо того чтобы разрушать солнечную батарею, энергия ультрафиолета может использоваться для преобразования в электрическую. Объём «правильного» света, падающего на батарею, увеличивается, следовательно, растёт и коэффициент её полезного действия. Сегодня КПД солнечных батарей невысок – около 20%, но его можно значительно повысить, если использовать люминесцентные защитные стекла с высокой эффективностью преобразования света.

«Нам удалось увеличить эффективность трансформации ультрафиолета в стёклах до 30%, что сопоставимо с передовыми результатами в этой области.

При этом мы уже занимаемся оптимизацией разработанной технологии и в скором времени планируем увеличить квантовый выход ещё в 2 раза. Стёкла с такими характеристиками смогут найти уже реальные приложения», – рассказывает ведущий автор статьи, сотрудник Международной лаборатории «Современные фотонные материалы и технологии» Евгений Сгибнев.

Изготовление белых светодиодов из люминесцентного стекла станет серьёзным шагом вперёд в производстве осветительной техники, предполагают учёные. Ныне, чтобы получить белый свет, производители идут на хитрость: на синий светодиод наносят желтый люминофор (полимерное покрытие, наполненное светящимися частицами). Цвета смешиваются и дают почти белый свет. Тем не менее, в подобных устройствах цветопередача искажена. Кроме того, люминофор быстро выходит из строя, поскольку работа светодиода связана с частыми перегревами, из-за которых полимер начинает деградировать.

Стекло же не боится высоких температур и неблагоприятных погодных условий, а благодаря специальной технологии, которую использовали учёные, люминесцирующие частицы находятся прямо внутри него, обеспечивая лучшую цветопередачу и долговечность материала. «Осветительные устройства из люминесцентного стекла можно устанавливать на стадионах, автострадах, в аэропортах, концертных залах. Сейчас светодиоды требуют замены раз в полгода, но, если изготовлять их по нашей технологии, они будут жить в десятки раз дольше, тем самым существенно сокращая расходы на замену освещения», – отмечает директор НИИ нанофотоники и оптоинформатики, заведующий кафедрой оптоинформационных технологий и материалов Университета ИТМО Николай Никоноров.

Простота получения нового материала – ещё одно его преимущество. Стекло варят при температуре 1500 градусов по Цельсию, потом формуют. Чтобы оно светилось под действием УФ, в него нужно ввести ионы серебра, а затем сгруппировать их в кластеры определённого размера. Поэтому далее идёт стадия ионного обмена: стекло погружают в расплав соли серебра при 320°С, и ионы серебра проникают в стекло, заменяя ионы натрия. Так, высокие концентрации ионов серебра оказываются внутри поверхностного слоя стекла в несколько микрометров. К слову, технология ионного обмена широко используется в производстве защитных стёкол смартфонов (знаменитое Corning Gorilla Glass) или упрочнения бутылок для шампанского – только вместо серебра применяют ионы калия.

стекло
Влияние церия на излучение стёклами света под воздействием ультрафиолета – левое стекло не содержит церия; в остальных стёклах концентрация церия увеличивается слева направо.
Фото: пресс-служба Университета ИТМО


Для придания стеклу люминесцентных свойств в его состав обязательно должен входить оксид церия, но в малых количествах. Церий способен отдавать свой электрон серебру, тем самым превращая ионы серебра в атомы, необходимые для сборки кластеров. Без церия стекло не проявляет люминесцентные свойства.

Термообработка – последняя стадия получения люминесцентного стекла. Она необходима для того, чтобы ионы серебра собрались в кластеры, причём строго определённого размера. Поскольку имеется в виду наномасштаб, то незначительная разница в размерах вызывает большое различие в свойствах. Поверхность стекла излучает интенсивный видимый свет, только если в кластер входят 2–4 атома серебра. Кластеры из большего количества атомов могут вовсе не обладать люминесцентными свойствами или излучать инфракрасный свет, который можно использовать для зарядки только конкретных типов солнечных батарей. Процесс кластеризации довольно сложно контролировать, поэтому люминесцентный защитный экран и солнечную батарею следует разрабатывать совместно.

Горбатова Анна

STRF.ru



обсудить публикацию

версия для печати



ай вао
Интервью

Композиты на острие 3D-принтинга


Учёные СПбПУ и Сколтеха разрабатывают «софт» и «железо» для трёхмерной печати композиционных изделий

читать полностью читать полностью




Acta Naturae



© ООО «Парк-медиа», 2007-2008

Разработка - Metric

Все права защищены
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100