في مسعى لتطوير تقنيات الإضاءة الداخلية التي تحاكي ضوء الشمس الطبيعي بشكل مثالي، نجح فريق من الباحثين في إنتاج مصابيح LED تعتمد على النقاط الكمومية، والتي تتميز برقتها وسهولة تطبيقها على مساحات واسعة. هذه التقنية الجديدة تعد بالكثير من الفوائد في مجالات شاشات العرض الصديقة للعين والإضاءة الداخلية القابلة للتكيف، بالإضافة إلى التطبيقات الزراعية والصحية.
النقاط الكمومية: الابتكار الجديد في عالم الإضاءة
النقاط الكمومية هي جسيمات شبه موصلة صغيرة تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء ملون. وعلى الرغم من استخدام الباحثين لهذه النقاط في تطوير مصابيح LED بيضاء في السابق، إلا أن محاكاة الطيف الكامل لضوء الشمس كانت تمثل تحديًا كبيرًا، خصوصًا في المناطق الصفراء والخضراء حيث تكون إشعاعات الشمس أقوى.
لتجاوز هذه العقبة، قام الفريق بقيادة الباحث لي تشين بتطوير نقاط كمومية قادرة على إعادة إنتاج التوازن الطبيعي لضوء الشمس في مصابيح QLED بيضاء ورفيعة. في موازاة ذلك، اقترح فريق وانغ تصميمًا لمادة موصلة فعالة قادرة على العمل بجهد منخفض نسبيًا.
آلية تصميم مصابيح QLED الجديدة
بدأ الفريق بتصنيع نقاط كمومية ذات ألوان حمراء وصفراء-خضراء وزرقاء، مغلفة بطبقات من كبريت الزنك. تم تحديد نسبة الألوان بدقة لتطابق طيف الشمس الطبيعي بأقصى درجة ممكنة. بعد ذلك، تم تجميع مصباح QLED على ركيزة زجاجية من أكسيد الإنديوم والقصدير، مع طبقات من البوليمرات الموصلة ومزيج النقاط الكمومية والجسيمات المعدنية، وأخيرًا طبقة علوية من الألمنيوم أو الفضة.
كانت طبقة النقاط الكمومية رقيقة للغاية، حيث لا يتعدى سمكها بضع عشرات من النانومترات، ما يجعل مصباح QLED النهائي بسمك مشابه لورق الحائط.
أداء الاختبارات الأولية
في الاختبارات الأولية، أظهر مصباح QLED أداءً ممتازًا تحت جهد كهربائي قدره 11.5 فولت، حيث أصدر ضوءًا أبيض دافئًا شديد السطوع. كان الضوء المنبعث أكثر كثافة في الأطوال الموجية الحمراء وأقل في الأطوال الموجية الزرقاء، وهو ما يعتبر أفضل لصحة العين والنوم حسب الباحثين.
وتشير النتائج إلى أن الأشياء المضاءة بواسطة هذا المصباح تظهر بألوان قريبة جدًا من ألوانها الحقيقية، حيث حصل المصباح على تقييم تجاوز 92% في مؤشر تجسيد الألوان.
تحسين كفاءة استهلاك الطاقة
في تجارب لاحقة، قام الباحثون بتصنيع 26 جهاز QLED أبيض، مستخدمين نفس النقاط الكمومية ولكن بمواد موصلة كهربائيًا مختلفة لتحسين جهد التشغيل. كانت هذه المصابيح تحتاج إلى 8 فولت فقط للوصول إلى أقصى إخراج ضوئي، وتجاوز حوالي 80% منها هدف السطوع المطلوب لشاشات الحواسيب.
الخاتمة
تعد تقنية النقاط الكمومية لإنتاج مصابيح QLED البيضاء خطوة كبيرة نحو تحقيق إضاءة داخلية طبيعية وصحية. بفضل الأبحاث المستمرة والدعم المالي من مؤسسات علمية في الصين، يمكن لهذه التقنية أن تحدث ثورة في كيفية إضاءة منازلنا ومكاتبنا، مما يجعل الإضاءة أكثر انسجامًا مع إيقاعنا البيولوجي وصحة أعيننا. هذه الابتكارات تقدم إمكانيات واسعة لتطبيقات مستقبلية في مجالات متنوعة تشمل شاشات العرض والزراعة والصحة العامة.