باحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية يطورون مادة بلاستيكية نانوية جديدة لإضاءة الشوارع المستدامة

تعمل المادة النانوية، التي تسمى nanoPE، على تعزيز انبعاث الإشعاع الحراري من سطح LED لتقليل درجة حرارة LED. تولد مصابيح LED الحرارة، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارتها ويخاطر بإتلاف إلكترونيات LED وتقصير عمر LED. في الواقع، يتم فقدان ما يقرب من 75٪ من الطاقة المدخلة في مصابيح LED في النهاية على شكل حرارة.

قائد الدراسة، أستاذ جامعة الملك عبد الله تشياوتشيانغ غانقال غان، "إن مصابيح LED هي مصادر الضوء المفضلة بسبب كفاءتها الفائقة وعمرها الافتراضي. لكن التحسينات الصغيرة يمكن أن تحسنها بشكل أكبر، ويمكن أن يحدث ذلك فرقًا كبيرًا على الاستدامة لأنه حتى التحسينات الصغيرة لها تأثير كبير عند استخدامها في كل مكان". وأضاف أن الإضاءة تمثل ما يقرب من 20% من استهلاك الكهرباء السنوي في العالم وتساهم في ما يقرب من 6% من انبعاثات الغازات الدفيئة العالمية.

وقال الدكتور حسام قاسم، المدير العام لمعهد تقنيات طاقة المستقبل في مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية والمساهم في الدراسة: "يعمل تصميمنا على تحسين تبريد LED بشكل كبير مع الحفاظ على كفاءة الإضاءة العالية، مما يجعله حلاً واعداً للإضاءة المستدامة في المملكة العربية السعودية".

تقوم مصابيح الشوارع LED النموذجية بتوجيه ضوءها نحو الجسم المراد إضاءته، ولهذا السبب فإنها تشير نحو الأرض. كما أنها مصممة بحيث يظل الإشعاع الحراري محصوراً داخل مصابيح LED. من ناحية أخرى، يتم قلب مصابيح الشوارع المطلية بمادة النانو بشكل حرفي رأسًا على عقب بحيث يتم توجيهها نحو السماء وبعيدًا عن الجسم المراد إضاءته.

والسبب في هذا الانقلاب هو أن NanoPE مصمم بحيث يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء، وهو الضوء الأكثر مسؤولية عن الإشعاع الحراري، من خلاله بينما ينعكس الضوء المرئي. وأظهرت الدراسة أن أكثر من 80% من ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من مصابيح الشوارع LED المغطاة بـ nanoPE يمر عبر nanoPE ويستمر نحو السماء. في المقابل، فإن أكثر من 95% من الضوء المرئي المنبعث ينعكس من البولي إيثيلين النانوي ويعود إلى الأرض، مما يضيء المنطقة الموجودة أسفله.

يعتمد NanoPE على مادة البولي إيثيلين، وهو البلاستيك الأكثر إنتاجًا على نطاق واسع في العالم. لإنشاء بلاستيك نانوي يعكس الضوء ذو الطول الموجي المنخفض (الضوء المرئي) ولكنه يمرر الضوء ذو الطول الموجي العالي (الأشعة تحت الحمراء)، قام العلماء بعناية بصنع مسام صغيرة تصل إلى 30 نانومتر - أي أصغر بحوالي 1000 مرة من سمك شعرة الإنسان - في البلاستيك بالإضافة إلى تمديدها وتحويلها إلى طبقة أرق.