Mentre la maggior parte delle lampadine tradizionali si presenta in forme riconoscibili come sfere, spirali o tubi, un gruppo di ricercatori ha sviluppato una soluzione rivoluzionaria che combina spessore ultrasottile e qualità luminosa naturale. Il risultato è un dispositivo LED sottile come un foglio di carta, capace di emettere una luce calda e avvolgente che replica fedelmente lo spettro solare.
La sfida della luce naturale artificiale
Ricreare artificialmente la complessità della luce solare non è un compito semplice per gli ingegneri dell'illuminazione. Le precedenti soluzioni si affidavano a LED flessibili con coloranti fosforescenti rossi e gialli per ottenere un calore simile a quello delle candele, ma questa tecnologia presentava limiti significativi. La vera innovazione è arrivata con l'impiego dei punti quantici, minuscole particelle semiconduttrici in grado di trasformare l'energia elettrica in luce colorata con una precisione senza precedenti.
Il team di ricerca guidato da Lei Chen ha affrontato il problema più complesso: replicare completamente lo spettro solare, specialmente nelle regioni del giallo e del verde dove la luce naturale raggiunge la sua massima intensità. Parallelamente, il gruppo di Xianghua Wang ha proposto un design di materiale conduttivo efficiente che potesse funzionare a voltaggi relativamente bassi.
Ingegneria molecolare per il comfort visivo
La costruzione del dispositivo QLED (Quantum Dot Light Emitting Diode) ha richiesto un approccio metodico di ingegneria molecolare. I ricercatori hanno sintetizzato punti quantici rossi, giallo-verdi e blu, rivestendoli con gusci di zinco-zolfo per ottimizzare le prestazioni. La determinazione del rapporto cromatico preciso è stata fondamentale per avvicinarsi il più possibile allo spettro della luce solare naturale.
L'assemblaggio del QLED su un substrato di vetro di ossido di stagno e indio ha previsto la stratificazione di polimeri conduttivi, la miscela di punti quantici, particelle di ossido metallico e infine un rivestimento superiore di alluminio o argento. Il risultato è un dispositivo con uno spessore complessivo paragonabile alla carta da parati, ma con prestazioni luminose sorprendenti.
Performance ottimizzate per il benessere
I test iniziali hanno dimostrato che il QLED ultrasottile raggiunge le prestazioni ottimali con un'alimentazione di 11,5 volt, producendo una luce bianca brillante e calda. Una caratteristica particolarmente interessante è la distribuzione spettrale della luce emessa: maggiore intensità nelle lunghezze d'onda rosse e minore in quelle blu, una combinazione che secondo i ricercatori favorisce il benessere degli occhi e la qualità del sonno.
Gli oggetti illuminati da questo QLED mantengono colori molto fedeli alla realtà, raggiungendo oltre il 92% nell'indice di resa cromatica. Questo parametro è cruciale per applicazioni che vanno dai display di telefoni e computer fino all'illuminazione domestica adattiva e persino a sorgenti luminose regolabili per l'orticoltura e il benessere generale.
In una serie di esperimenti successivi, il team ha prodotto 26 dispositivi QLED bianchi utilizzando gli stessi punti quantici ma variando i materiali conduttivi per ottimizzare il voltaggio operativo. Questi dispositivi hanno richiesto soltanto 8 volt per raggiungere la massima emissione luminosa, e circa l'80% ha superato la luminosità target richiesta per i monitor dei computer.
Come sottolinea Xianghua Wang, uno degli autori principali dello studio pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces: "Questo lavoro dimostra la fattibilità di LED a punti quantici ultrasottili e di grande superficie che corrispondono strettamente allo spettro solare. Questi dispositivi potrebbero abilitare display di nuova generazione rispettosi degli occhi, illuminazione interna adattiva e persino sorgenti regolabili in lunghezza d'onda per applicazioni orticole o di benessere."
