เทคโนโลยีการเคลือบนาโนแบบใหม่ให้คํามั่นสัญญาในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของไฟถนน LED
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี King Abdullah (KAUST) และ King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) ในซาอุดีอาระเบียได้ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบนาโนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของไฟถนน Light-Emitting Diodes (LED) และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมาก
ตีพิมพ์ในวารสารแสง: วิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้การศึกษาตั้งข้อสังเกตว่าการนําเทคโนโลยีนี้มาใช้อย่างแพร่หลายในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่า 1.3 ล้านตันต่อปี
แสงสว่างเป็นผู้ใช้พลังงานรายใหญ่ คิดเป็นประมาณ 20% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกและเกือบ 6% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ไฟถนนเพียงอย่างเดียวคิดเป็น 1-3% ของความต้องการไฟฟ้าทั่วโลก ซึ่งเป็นภาระของหน่วยงานเทศบาล แม้ว่า LED จะเป็นแหล่งกําเนิดแสงที่มีประสิทธิภาพสูง แต่พลังงานประมาณ 75% จะเปลี่ยนเป็นความร้อนและกระจายไประหว่างการทํางาน อุณหภูมิสูงไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพการส่องสว่าง แต่ยังทําให้อายุการใช้งานของหลอดไฟสั้นลง ทําให้การจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพมีความสําคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพของ LED
นวัตกรรมหลักของทีมวิจัยคือวัสดุนาโนที่เรียกว่า nanoPE (nanoporous polyethylene) วัสดุนี้ทําจากโพลีเอทิลีนทั่วไป มีรูพรุน 30 นาโนเมตร (ประมาณหนึ่งในพันของเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นผมมนุษย์) ผ่านกระบวนการผลิตพิเศษ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์คือการส่งผ่านแสงอินฟราเรดที่มีประสิทธิภาพสูง (แหล่งกําเนิดรังสีความร้อนหลัก) มากกว่า 80% ในขณะที่สะท้อนแสงที่มองเห็นได้มากกว่า 95%
เพื่อเพิ่มประโยชน์สูงสุดของ nanoPE นักวิจัยเสนอให้ติดตั้งไฟถนน LED ที่เคลือบด้วยวัสดุนี้ "คว่ํา" ในการตั้งค่านี้ พลังงานความร้อน (แสงอินฟราเรด) จากหลอดไฟจะไหลผ่าน nanoPE อย่างราบรื่น แผ่ขึ้นไปบนท้องฟ้าเพื่อกระจาย ในขณะที่แสงที่มองเห็นได้ที่จําเป็นสําหรับการส่องสว่างด้านล่างจะสะท้อนลงสู่พื้นอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้แตกต่างอย่างมากจากการออกแบบ LED แบบดั้งเดิม ซึ่งความร้อนจะถูกกักเก็บไว้ภายในและหัวหลอดไฟคว่ําหน้าลง
ผลการทดลองยืนยันว่าการเคลือบ nanoPE ช่วยลดอุณหภูมิ LED ลง 7.8°C ในห้องปฏิบัติการ (เพิ่มประสิทธิภาพ ~5%) และ 4.4°C ในการทดสอบภาคสนามกลางแจ้ง (ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ~4%) หัวหน้านักวิจัยศาสตราจารย์ Qiaoqiang Gan เน้นย้ําว่าแม้แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสําคัญต่อการพัฒนาที่ยั่งยืนเมื่อนําไปใช้ในวงกว้าง ผู้เขียนร่วม Dr. Hussam Qasem กล่าวเสริมว่าการออกแบบช่วยเพิ่มการกระจายความร้อนในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพการส่องสว่างในระดับสูง
