quinta-feira, janeiro 17, 2013

Vagalumes ajudam a tornar LEDs mais brilhantes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/01/2013
Vagalumes ajudam a tornar LEDs mais brilhantes
Ao coletar 50% mais fótons, a camada inspirada nos vagalumes permitiu aumentar a eficiência do LED em 1,5 vez. [Imagem: Nicolas Andr]

Estrutura óptica natural
O piscar suave dos vagalumes inspirou cientistas a inserir modificações em um LED que o tornaram uma vez e meia mais eficiente.
A equipe da Bélgica, França e Canadá estudou a estrutura interna das "lanternas" dos vagalumes, os órgãos do animal repletos de células bioluminescentes, que piscam durante os rituais de acasalamento.
Os cientistas identificaram um padrão inesperado de escamas irregulares que melhora o brilho das lanternas.
Eles então aplicaram esse conhecimento ao design de um LED, criando uma camada externa para o diodo emissor de luz que imita a estrutura natural identificada no vagalume.
Essa sobrecamada, que aumenta a extração de luz pelo LED em até 55%, poderá ser facilmente aplicada aos LEDs atualmente em fabricação.
Reflexão interna
Os vagalumes emitem luz através de uma reação química que ocorre em células especializadas, chamadas fotócitos. A luz vai para o exterior passando através de uma parte do exoesqueleto do inseto chamada cutícula.
A luz viaja através da cutícula mais lentamente do que se desloca através do ar, e esse descasamento faz com que uma parte da luz seja refletida de volta na lanterna, diminuindo o brilho. 
Os LEDs apresentam essa mesma deficiência de reflexão interna, o que diminui seu brilho e sua eficiência.
Vagalumes ajudam a tornar LEDs mais brilhantes
Os cientistas criaram um revestimento que imita as escamas naturais do interior do exoesqueleto dos vagalumes. [Imagem: Bay et al./Optics Express]
Revestimento para brilhar mais
O que os pesquisadores descobriram é que a geometria da superfície das cutículas de alguns vagalumes ajuda a minimizar as reflexões internas, ou seja, mais luz escapa para chegar aos olhos dos potenciais parceiros.
Quando eles usaram simulações de computador para modelar como as estruturas afetam a transmissão da luz, descobriram que as bordas afiadas das escamas deixam passar mais luz.
Tudo foi confirmado experimentalmente com a criação de uma camada contendo saliências de cinco micrômetros de altura, posta sobre um LED de nitreto de gálio.
"O que é legal na nossa técnica é que é um processo fácil e não temos que desenvolver um novo LED. Com uns poucos passos adicionais podemos recobrir os diodos emissores de luz atuais," disse Annick Bay, descobridora do fenômeno.
Bibliografia:

Improved light extraction in the bioluminescent lantern of a Photuris firefly (Lampyridae).
Annick Bay, Peter Cloetens, Heikki Suhonen, Jean Pol Vigneron
Optics Express
Vol.: 21 (1): 764-780
DOI: 10.1364/OE.21.000764

Optimal overlayer inspired by Photuris firefly improves light-extraction efficiency of existing light-emitting diodes
Annick Bay, Nicolas André, Michael Sarrazin, Ali Belarouci, Vincent Aimez, Laurent A. Francis, Jean Pol Vigneron
Optics Express
Vol.: 21 (S1): A179-A189
DOI: 10.1364/OE.21.00A179


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