Chang-Ching Tu, cofondateurs de LumiSands, la gauche, et Ji Hoo avec une démo montrant le réchauffeur, teinte plus douce de l'ampoule LED (côté gauche) après qu'un film incrusté de leurs nanoparticules de silicium émettant du rouge soit placé en dessous. La case de droite est identique, ampoule LED standard. Crédit :Mary Levin, UW
(Phys.org) — Diodes électroluminescentes, ou LED, sont les ampoules les plus efficaces et écologiques du marché. Mais elles ont un prix initial plus élevé que les autres ampoules, surtout ceux avec des teintes plus chaudes et plus attrayantes.
Des chercheurs de l'Université de Washington ont créé un matériau qui, selon eux, rendrait les ampoules LED moins chères et plus écologiques à fabriquer, faire baisser le prix. Leurs nanoparticules à base de silicium adoucissent la lumière bleue émise par les LED, créant une lumière blanche qui ressemble plus à la lumière du soleil.
L'entreprise, LumiSands, a commencé en tant que projet d'étudiant diplômé pour le PDG Chang-Ching Tu, qui a obtenu son doctorat en génie électrique à l'UW et vient de terminer un stage en tant que chercheur postdoctoral en science et génie des matériaux. Ce printemps, la start-up issue du UW Center for Commercialization, un processus que ses deux fondateurs espèrent conduire à la signature d'une licence de commercialisation de la technologie.
Les LED émettent de la lumière lorsque les électrons se déplacent à travers un matériau semi-conducteur. Elles sont plus efficaces que les ampoules incandescentes ou fluorescentes standards, mais ils sont aussi plus chers. C'est en partie parce que dans chaque lampe LED, des substances coûteuses connues sous le nom de phosphores d'éléments de terres rares aident à adoucir la lumière bleue dure que les LED émettent naturellement.
Mais ces éléments de terres rares sont dangereux à extraire et à traiter. La Chine contrôle la quasi-totalité du marché de ces matériaux, qui a quadruplé le prix moyen au cours des dernières années.
C'est là qu'intervient LumiSands. L'entreprise utilise du silicium, dérivé du sable, à la place des terres rares pour convertir une partie de la lumière bleue émise par les LED en verte, jaunes et rouges. La lumière résultante ressemble plus à la lumière du soleil.
L'équipe de deux personnes envisage de vendre directement aux fabricants d'ampoules LED qui cherchent à abandonner des matériaux de plus en plus chers pour fabriquer les lumières.
Les chercheurs utilisent une lumière noire pour montrer la photoluminescence de leurs nanoparticules de silicium. Crédit :Mary Levin, UW
"Avec un peu de chance, les fabricants pourraient remplacer les éléments traditionnels des terres rares par notre matériau avec un minimum d'étapes supplémentaires, " dit Ji Hoo, un étudiant au doctorat UW en génie électrique et co-fondateur de LumiSands. "Ce sera moins cher, un éclairage de meilleure qualité pour les utilisateurs."
Les ampoules à incandescence émettent une lumière qui ressemble le plus à la lumière du soleil – et la plus agréable pour nos yeux – mais les ampoules sont inefficaces et produisent beaucoup de chaleur. Ampoules fluorescentes, vu le plus souvent sous forme de longs tubes dans les luminaires de bureau suspendus, sont plus efficaces que les lampes à incandescence, mais ils contiennent du mercure, posant des problèmes de santé et d'environnement.
LumiSands grave des particules de taille nanométrique sur des plaquettes de silicium. L'élément, qui n'émet généralement pas de lumière, peut commencer à briller lorsque sa taille de particule cristalline est inférieure à 5 nanomètres. La surface est renforcée par un procédé de chimie humide. Lorsque les nanoparticules de silicium émettant dans le rouge sont ajoutées aux ampoules LED, la lumière devient plus douce et plus chaude.
"La beauté de notre technologie est de créer un matériau fluorescent très efficace en utilisant du silicium plutôt que des éléments de terres rares ou d'autres types de semi-conducteurs composés de métaux lourds, " Tu a dit. " Le processus de fabrication peut être effectué dans un environnement de laboratoire de base et est facile à mettre à l'échelle. "
Cet appareil teste la qualité et la fiabilité des phosphores à nanoparticules de silicium que LumiSands a créés pour être utilisés dans l'éclairage LED. Crédit :Mary Levin, UW
LumiSands prévoit de peaufiner la technologie rouge avant de passer à d'autres couleurs telles que le jaune et le vert, qui permettra aux LED de projeter une lumière blanche sans éléments de terres rares.
La société a reçu un financement de la National Science Foundation, la Washington Research Foundation et le W Fund. Il a reçu une mention honorable dans le cadre du Foster School of Business Environmental Innovation Challenge 2012 et un prix prestigieux dans le cadre du programme de mentorat Jones Milestones/Foster Accelerator 2012.
Maintenant, LumiSands termine un prototype de la technologie et envoie des échantillons aux partenaires de l'industrie de l'éclairage pour évaluation. Il demandera un financement compétitif de la phase deux de la NSF, qui pourrait lancer l'entreprise vers la fabrication de sa technologie d'ici un an.
