أشعة الشمس الطبيعية هي العنصر الرئيسي الضروري للحفاظ على حياة النباتات والحيوانات والناس على الأرض. كبديل للضوء الطبيعي ، يستخدم الناس بنجاح مصادر الضوء الاصطناعي التي تعمل عن طريق حرق أنواع مختلفة من الوقود ، أو مصادر الضوء الكهربائي. ابتكر علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية، مع زملائهم من موسكو ، أجهزة LED آمنة ومبتكرة. تم نشر مقال عن التطور في واحدة من أرقى المجلات في الربع الأول من «الاتصالات الكيميائية».
الضوء المناسب لمزاج جيد
يحتوي الإشعاع الشمسي على أعلى مستويات الجودة من الضوء ، وهو مناسب بشكل مثالي للانسان وغيره من الكائنات الحية ، ولكن لا يمكن استخدامه للإضاءة ليلًا. تعتبر الشموع البديل الأكثر أمانًا للضوء الطبيعي لجسم الإنسان ، والذي يشبه طيف الانبعاث طيف الشمس عند غروب الشمس أو شروقها ، وبالتالي فهو فسيولوجي للغاية. قام موظفو المختبر المشترك بجامعة جنوب الأورال ومعهد الفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم بالتعاون مع علماء من معهد الفيزياء باسم ليبيدف والجامعة التكنولوجية الكيميائية الروسية. تمكنت باسم منديليف أثناء العمل على منح مؤسسة العلوم الروسية 15-13-10022 من إنشاء LED آمن من الناحية الفسيولوجية على أساس مزيج من المواد العضوية والمعدنية التي تنبعث منها المعادن ، والتي لها خصائص الضوء مماثلة لتلك التي في لهب الشمعة.
«في الوقت الحالي ، يتم التخلص من المصابيح المتوهجة مع طيفها المستمر بسبب كفاءتها المنخفضة وعمرها القصير من خلال مصادر LED ومصادر تفريغ الغاز ، ومع ذلك ، فإن انبعاث هذه المصادر الضوئية الجديدة مخصب بشدة بأطوال موجية في المدى الأزرق ، مما يشكل تهديدًا للعين البشرية ويمكن أن يسبب بخلل الفسيولوجية» يقول الأستاذ دكتور العلوم الكيميائية أوليغ راكيتين .
من المشكلات المعروفة الناتجة عن الإشعاع الأزرق انخفاض ملحوظ في تركيز الميلاتونين في جسم الإنسان. يُعرف الميلاتونين بأنه هرمون ينظم دورات النوم والاستيقاظ (إيقاعات يومية أو يومية للجسم) ، إطلاقه يسبق النوم.
«لقد ثبت أن الحفاظ على مستويات الميلاتونين المثلى يمكن أن يمنع أو حتى يعالج أنواعًا معينة من السرطان (سرطان الثدي وسرطان البروستاتا وسرطان القولون) ، ويزداد خطر الإصابة به مع تقدم العمر ، ويمكن أن تؤدي اضطرابات الإيقاع اليومي إلى اختلال التوازن في التمثيل الغذائي بشكل عام», - يشرح أوليغ راكيتين.
لا ينبغي التقليل من شأن التأثير النفسي الفسيولوجي للضوء الناجم عن مصادر ذات طيف خطي وغير متوازن - مثل هذا الضوء يمكن أن يثير التهيج بل ويسبب حالات الاكتئاب. كما أن العديد من الأعمال المكرسة لتأثير شاشات الكمبيوتر والهواتف الذكية ، والتي تستخدم أيضًا مصابيح LED ، توضح أنه يمكنها تسريع تقدم العمر وتسبب أمراض المخ.
في الصورة: هيكل LED عضوي مبتكر مع خصائص ضوء الشموع
التركيب المبتكر للمصابيح الصمام الثنائي
يختلف طيف لمعان مصادر ضوء LED التجارية الحديثة اختلافًا كبيرًا عن إشعاع مصادر الإضاءة مثل اللهب أو المصابيح المتوهجة أو أشعة الشمس. على الرغم من أنها يمكن أن توفر ظل أصفر فاتحًا دافئًا للضوء ، إلا أنها في الواقع مزيج من الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من بلورات أشباه الموصلات وتوهج أصفر برتقالي من فوسفور خاص مطبق عليه.
«لا يوجد مصدر ضوئي جديد ، بفضل التصميم المبتكر ومجموعة من الفوسفور المركب حديثًا ، أي إشعاع ضار في المنطقة الزرقاء من الطيف ، وتتشابه الخصائص اللونية للتوهج مع خصائص الضوء لشعلة الشموع العادية. في الوقت نفسه ، يكون هذا الصمام الثنائي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من المصابيح المتوهجة ، وتتوافق خصائص السطوع مع متطلبات مصادر الإضاءة الحديثة. في المتوسط ، توفر لوحة LED مصنوعة من مواد جديدة بحجم 1010 x سم في ظل الظروف المثالية نفس مستوى الإضاءة مثل الشموع العادية 10-12 ، في حين أن سطوعها سيكون 4-5 أضعاف من شاشة الكمبيوتر القياسية »، كما يقول العالم.
لا تحتوي المصابيح LED المصممة على انبعاثات ضارة في النطاق الأزرق لسببين - نظرًا للتصميم المبتكر لهذا المصباح وبسبب استخدام الأصباغ الأصلية التي لم يتم استخدامها أبدًا لإنشاء مصابيح LED. تتمثل إحدى الميزات المهمة للجهاز المطوّر في الافتقار إلى المعادن النادرة والثمينة ، مثل الإيريديوم والبلاتين (أساس الفسفورات الصناعية الحديثة لأجهزة OLED) ، والبساطة النسبية للتصميم ككل.
مصابيح المستقبل
يمكن استخدام الأجهزة المطورة كمصادر إضاءة للمكاتب أو المباني المحلية الأخرى ، كعناصر في تصميم الإضاءة في الأماكن العامة المختلفة ، ولأغراض أخرى كثيرة ، ولكن استخدامها كمصابيح منزلية لتسهيل النوم وتوليد إضاءة ناعمة مريحة سيكون مفيدًا بشكل خاص. تسمح تقنية التصنيع البسيطة نسبيًا لهذه الثنائيات ومواد البدء غير المكلفة في المستقبل بإنشاء مصادر للضوء على شكل ألواح مسطحة ذات مساحة كافية مع سطوع قابل للتعديل وبعض الإمكانيات لضبط لون التوهج فقط من خلال تغيير معايير الجهد الكهربائي للإمداد.
«لقد اكتشفنا فرصًا جديدة واعدة لتطوير مصابيح LED عضوية رخيصة ذات خصائص طيفية للشمعة. تم التخطيط لتطوير عملنا في اتجاهين رئيسيين. الأول هو توسيع نطاق الأصباغ التي تم تصنيعها من قبلنا للبحث عن مصابيح LED عضوية ذات خصائص مثالية. والثاني هو تطوير تكنولوجيا التصنيع الخاصة بمصابيح LED هذه ، لتقليل تكلفة إنتاجها ووضعها موضع التنفيذ »، يشارك أوليغ أليكسييفيتش خططه المستقبلية.
من المؤكد أن مؤلفي التطوير على درجة عالية من التعاون وجذب شركاء جدد ، سواء داخل روسيا أو خارجها ، سيكونون ضمانًا للتطور الناجح لهذا المجال من البحث العلمي.