Фотонные кристаллы по своей сути являются наноскопическими структурами, отличающимися способностью к блокировке необходимых волн и пропусканию других. Это свойство, а также чрезвычайно высокая эффективность фильтрования и контроля света, позволяет с успехом применять их в различных важных областях, таких как фотовольтаика, в которой они обеспечивают попадание на материал света со строго определенной длиной волны.
Флуоресцентные лампы, повсеместно используемые и рекламируемые сегодня, позволят добиться более высокой эффективность трансформации электрической энергии в свет по сравнению с устаревшими лампами накаливания. Вместе с тем, в виду технологических особенностей, такие лампы содержат пары ртути, которые в случае нарушения колбы могут представлять угрозу для здоровья людей.
Коллектив Сергея Белоусова, работающий в российской компании Kintech Lab, совместно с исследовательским центром американской корпорации GE предложили свой способ применения фотонных кристаллов на благо света и экологии. Используя нетрадиционный подход, исследователи добились существенного увеличения светоизлучающей способности у лампы с вольфрамовой нитью накаливания за счет фотонных кристаллов. Этот шаг может стать вторым рождением лампочек Ильича.
Традиционные лампочки накаливания подверглись жесткой критике со стороны экологов за чрезвычайно низкую эффективность использования электрической энергии, в результате чего их производство практически полностью было свернуто. Сплав вольфрама обладает высокой температурой плавления, что позволяет использовать его в качестве источника света. Основной проблемой традиционных лампочек был низкий КПД – всего пять процентов, то есть девяноста пять процентов используемой энергии тратилось впустую. Именно низкая эффективность послужила уходом с рынка ламп накаливания.
Вышеназванные специалисты решили использовать наноструктуры вольфрама, которые бы излучали свет преимущественно видимого диапазона и блокировали инфракрасное излучение. Для этих целей были созданы специальные расчетные модели, которые позволяли теоретически рассчитать свойства структур и их ключевые параметры. В результате экспериментов было решено использовать вольфрамовые наносферы, показавшие наивысшую эффективность.
Основываясь на выбранном дизайне, ученые провели необходимые расчеты и приступили к созданию реально работающих фотонных кристаллов необходимой конфигурации. Созданная структура отличается малым излучением волн инфракрасного диапазона и демонстрирует эффективность на уровне пятнадцати процентов, в три раза превосходя традиционный аналог.
Несмотря на успех, полученный результат уступает эффективности энергосберегающих лампочек. Вместе с тем технология еще очень сыра и прогнозировать ее предел на текущем этапе весьма сложно. Вполне возможно, лампочки накаливания вернутся и сослужат добрую службу в таком нелегком деле как сохранение экологии.{odnaknopka}