El material de niebla sólida artificial crea una agradable luz láser

Material extremadamente poroso hecho de "grafeno blanco" para nuevas aplicaciones de luz láser

20.03.2020 - Alemania

Con una porosidad del 99,99%, está formado prácticamente sólo por aire, lo que lo convierte en uno de los materiales más ligeros del mundo: Aerobornitride es el nombre del material desarrollado por un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Kiel. Los científicos suponen que con ello han creado una base central para llevar la luz láser a un amplio rango de aplicaciones. Basándose en un compuesto de boro y nitrógeno, desarrollaron una nanoestructura especial tridimensional que dispersa la luz con mucha fuerza y apenas la absorbe. Irradiado con un láser, el material emite una iluminación uniforme que, dependiendo del tipo de láser, es mucho más eficiente y potente que la luz LED. Así, las lámparas para faros de coches, proyectores o iluminación de habitaciones con luz láser podrían ser más pequeñas y brillantes en el futuro.

Más luz en el espacio más pequeño

En la investigación y la industria, la luz láser se ha considerado durante mucho tiempo la "próxima generación" de fuentes de luz que podrían incluso superar la eficiencia de los LED (diodos emisores de luz). "Para una luz muy brillante o mucha luz, se necesita un gran número de LEDs y por lo tanto espacio. Pero la misma cantidad de luz también podría obtenerse con un solo diodo láser que es una milésima parte más pequeño", enfatiza el Dr. Fabian Schütt. El científico de materiales del grupo de trabajo "Nanomateriales funcionales" de la Universidad de Kiel es el primer autor del estudio, en el que participan otros investigadores de Alemania, Inglaterra, Italia, Dinamarca y Corea del Sur.

Las potentes fuentes de luz pequeñas permiten numerosas aplicaciones. Las primeras aplicaciones de prueba, como en los faros de los automóviles, ya están disponibles, pero las lámparas láser todavía no han sido ampliamente aceptadas. Por un lado, esto se debe a la intensa luz dirigida de los diodos láser. Por otro lado, la luz consiste en una sola longitud de onda, por lo que es monocromática. Esto provoca un parpadeo desagradable cuando un rayo láser golpea una superficie y se refleja allí.

La estructura porosa dispersa la luz de forma extremadamente fuerte

"Los desarrollos anteriores de la luz láser normalmente funcionan con fósforos. Sin embargo, producen una luz relativamente fría, no son estables a largo plazo y no son muy eficientes", dice el profesor Rainer Adelung, jefe del grupo de trabajo. El equipo de investigación de Kiel está adoptando un enfoque diferente: Desarrollaron una nanoestructura altamente dispersa de nitruro de boro hexagonal, también conocida como "grafeno blanco", que no absorbe casi nada de luz. La estructura consiste en una red filigrana de innumerables microtubos huecos finos. Cuando un rayo láser los golpea, se dispersa enormemente dentro de la estructura de la red, creando una fuente de luz homogénea. "Nuestro material actúa más o menos como una niebla artificial que produce una salida de luz uniforme y agradable", explica Schütt. La fuerte dispersión también contribuye a que el inquietante parpadeo ya no sea visible para el ojo humano.

La nanoestructura no sólo garantiza que el material resista la intensa luz del láser, sino que también puede dispersar diferentes longitudes de onda. La luz láser roja, verde y azul puede mezclarse para crear efectos de color específicos además del blanco normal, por ejemplo, para su uso en la iluminación innovadora de habitaciones. En este caso, los diodos láser extremadamente ligeros podrían conducir a conceptos de diseño completamente nuevos en el futuro. "Sin embargo, para competir con los LEDs en el futuro, la eficiencia de los diodos láser debe ser mejorada también", dice Schütt. El equipo de investigación busca ahora socios industriales para dar el paso del laboratorio a la aplicación.

Amplia gama de aplicaciones para los aeromateriales

Mientras tanto, los investigadores de Kiel pueden usar su método para desarrollar nanoestructuras altamente porosas para diferentes materiales, además del nitruro de boro también grafeno o grafito. De esta manera se crean cada vez más materiales nuevos y ligeros, los llamados "aeromateriales", que permiten aplicaciones especialmente innovadoras. Por ejemplo, los científicos están investigando actualmente en colaboración con empresas y otras universidades para desarrollar filtros de aire autolimpiantes para aeronaves.

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Publicación original

F. Schütt, M. Zapf, S. Signetti, J. Strobel, H. Krüger, R. Röder, J. Carstensen, N. Wolff, J. Marx, T. Carey, M. Schweichel, M.-I. Terasa, L. Siebert, H.K. Hong, S. Kaps, B. Fiedler, Y.K. Mishra, Z. Lee, N.M. Pugno, L. Kienle, A.C. Ferrari, F. Torrisi, C. Ronning, R. Adelung; "Conversionless efficient and broadband laser light diffusers for high brightness illumination applications"; Nat. Commun., VOL 11 (2020).

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