Premio Nobel de Física 2014 – O LED azul

A seguinte explicación está baseada na nota de prensa que ofrece a fundación Nobel para informar sobre a investigación dos premiados.

phys_Akasaki_Amano_Nakamura_nobel_laureates

De esquerda a dereita os galardoados Akasaki, Amano e Nakamura.

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura foron premiados por inventar unha nova fonte de enerxía eficiente e respectuosa co medio ambiente: o LED (light emitting diode) azul. O premio Nobel debe recoñecer unha invención que aporte gran beneficio á Humanidade. Neste caso, empregando LEDs azuis pódese crear a luz branca. Isto lógrase combinándoos con LEDs doutras cores ou facendo que a luz azul provoque a luminosidade amarela dunha pantalla de fósforo que, combinada coa azul, da a luz branca.

quirofano

Os LEDs verdes e vermellos levan empregándose algo máis de medio século, pero os azuis resistíronse durante tres décadas. Akasaki, Amano y Nakamura fabricáronos nos anos 90 e agora que podemos obter luz branca con este sistema, os LEDs iluminarán o s.XXI.

Vantaxes da iluminación LED:

Máis intensidade luminosa: As lámparas incandescentes (ilumínanse por incandescencia dun fío quente) e os halóxenos ou fluorescentes  (ilumínanse a través da descarga eléctrica no seo dun gas), empregados ata agora, perden moita enerxía en forma de calor. O LED consegue uns 300 lumens/watio (lumen=unidade de intensidade luminosa), mentres que as bombillas incandescentes están nos 16 lumens/watio e as fluorescentes en 70 lumens/watio. Esta circunstancia implica un maior aforro enerxético e redución das emisións de CO2.

Máis durabilidade: As lámparas incandescentes duran unhas 1000h, as fluorescentes unhas 10000h e as LED unhas 100000h.

eficiencia_lamparas

 Moi breve explicación do funcionamento:

 Un LED está formado por varias capas de materiais semiconductores constituídos por diferentes elementos químicos.

Pola súa composición, algunhas destas capas (chamadas capas “n”) teñen “exceso” de electróns, mentres que outras (capas “p”) teñen defecto de electróns ou “ocos”. Cando pasa a corrente eléctrica, os electróns viaxan polo material ata os “ocos”. Cando un electrón “cae” dentro dun “oco” perde enerxía (pois pasa a unha situación máis estable) e, nese momento, emite luz.

led_capas

A cor desa luz depende do “salto” efectuado polo electrón cando cae no “oco”. Canto maior é o “salto”, menor é a lonxitude de onda da luz emitida, é dicir, vai máis cara ao azul.

espectroEM

A dificultade radica en atopar os elementos químicos necesarios para fabricar un material no que o “salto” sexa da lonxitude de onda da luz azul (en torno a 500nm), que era a que se buscaba.

Por fin, o nitruro de galio (GaN) era o material buscado. Pero era necesario obter uns cristais axeitados que ofrecesen as características necesarias para fabricar o LED! Tras moitos anos de investigación e moitas probas con incorporación de novos elementos a este cristal (Al e In), hai uns 20 anos os galardonados deron co LED azul, sobre o que foron mellorando a súa efectividade e calidade. Moitas empresas intentaron conseguilo, pero fracasaron. Estes tres investigadores non se rendiron e, finalmente, lográrono.

LEDazul

explic_ledazul

Aquí tedes un vídeo no que se explica o funcionamento dun LED:

Aplicacións:

Ademáis, este LED azul servíu para fabricar un laser azul, que é un feixe de luz moito máis compacto que o infravermello. Así se empregou para a lectura dos novos discos Blu-ray que, ao ser lidos por un feixe de luz máis estreito, podían almacenar catro veces máis información que os anteriores.

blu_ray

Coa combinación de lámparas LED verde, vermella e azul e, xogando coas súas intensidades, millóns de diferentes cores poden ser fabricados: grandes paneis poden ir cambiando cores e deseños. E todo pode ser controlado por ordenador.

panel_led

Ademáis, como consumen pouca enerxía, os LED poden ser alimentados por paneis solares e chegar a lugares económicamente máis desfavorecidos.

Incluso poderase esterilizar auga contaminada empregando LED ultravioleta que tamén foi fabricado tras atopar o LED azul.

LEDapplications

Nesta ligazón da Fundación Nobel podedes acceder aos Premios Nobel de Física de edicións anteriores.

Advertisements