تقنية مطورة لزيادة كفاءة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء

علماء «كاوست» يكشفون عن معالجة سطحية كيميائية بسيطة لمكوناتها

معالجة أسلاك نيتريد ألومنيوم غاليوم النانوية يمكنها تعزيز طاقة الضوء فوق البنفسجي
معالجة أسلاك نيتريد ألومنيوم غاليوم النانوية يمكنها تعزيز طاقة الضوء فوق البنفسجي
TT

تقنية مطورة لزيادة كفاءة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء

معالجة أسلاك نيتريد ألومنيوم غاليوم النانوية يمكنها تعزيز طاقة الضوء فوق البنفسجي
معالجة أسلاك نيتريد ألومنيوم غاليوم النانوية يمكنها تعزيز طاقة الضوء فوق البنفسجي

عرض علماء في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) تقنية لتقليل فقدان الضوء عند سطوح البنى النانوية شبه الموصلة.
ويمكن لبعض المواد تحويل الإلكترونات الموجودة في التيار الكهربائي إلى ضوء، بكفاءة. وتُستخدم هذه المواد المسماة أشباه الموصلات في صنع صمامات ثنائية باعثة للضوء أو LED، وهي أجهزة صغيرة، وخفيفة، تتسم بالكفاءة في استهلاك الطاقة، وذات عمر طويل، وهي تنتشر على نحو متزايد في تطبيقات الإضاءة والعروض. وتعطي هذه الصمامات ضوءاً أحمر أو أصفر أو أخضر اللون، عندما تُهَيَّج ذراتها بالطاقة الكهربائية.
ويمكن تحديد لون الضوء المنبعث أو طوله الموجي عن طريق اختيار المادة الملائمة. فعلى سبيل المثال، يشع زرنيخيد الغاليوم في الأساس ضوءاً تحت أحمر. ومن أجل الحصول على أطوال موجية أقصر تقع في المنطقة الزرقاء أو فوق البنفسجية من الطيف، تحوَّل الباحثون إلى نيتريد الغاليوم. ومن ثم، لضبط الطول الموجي لانبعاث الضوء، يمكن إضافة الألومنيوم، الذي يغير المسافات بين الذرات ويزيد من فجوة الطاقة.
غير أن ثمة عوامل كثيرة تمنع كل الإشعاع المولد في شبه الموصل من الخروج من الجهاز ليصبح مصدر ضوء يتسم بالكفاءة. أولاً: لأن معظم المواد شبه الموصلة لها معامل انكسار مرتفع، ما يجعل الأسطح البينية بين شبه الموصل والهواء عالية الانعكاس. والقيد الثاني هو أن عيوب السطح تعمل مصائد تعيد امتصاص الضوء قبل أن يستطيع الانبعاث.
وطور طالب ما بعد الدكتوراه، هايدينج صن، وزملاؤه في كاوست، ومن بينهم مشرفه الدكتور زياهانج لي، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية والبروفسور بون أوي من قسم العلوم والهندسة الحاسوبية والكهربائية والحسابية، والدكتورة إيمان روقان، الأستاذ المساعد في هندسة وعلوم المواد، صمامات ثنائية باعثة للضوء، مصنوعة من مجموعة قوية من أسلاك نيتريد ألومنيوم غاليوم نانوية الخالية من العيوب البلورية في المقياس النانوي على ركيزة من السيليكون مطلية بالتيتانيوم.
ويمكن استخلاص مزيد من الضوء بكفاءة نتيجة لوجود الفجوات الهوائية بين الأسلاك النانوية عبر التشتت. إلا أن الجانب السلبي هو أن مجموعات الأسلاك النانوية لها مساحة سطح أكبر من البنية السطحية. يقول صن: «الخواص البصرية والكهربية للأسلاك النانوية عالية الحساسية لمحيطها بسبب زيادة نسبة سطح الأسلاك النانوية إلى حجمها». ويضيف: «وستؤدي الأطوار والعيوب السطحية إلى أجهزة إشعاع ضوئي منخفضة الكفاءة».
وقد بيّن صن والفريق أن معالجة الأسلاك النانوية بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم المخفف يمكن أن تثبط إعادة الامتصاص السطحي عن طريق إزالة الروابط الكيميائية المعلقة ومنع الأكسدة. وأظهرت النتائج التي حققها الباحثون أن 30 ثانية من المعالجة تؤدي إلى تحسُّن بنسبة 49.7 في المائة في طاقة الضوء فوق البنفسجي الناتج مقارنة بجهاز غير معالَج.



دراسة أسترالية: ارتفاع درجات الحرارة يتباطأ داخل المدن الكبرى الملوثة

دراسة أسترالية: ارتفاع درجات الحرارة يتباطأ داخل المدن الكبرى الملوثة
TT

دراسة أسترالية: ارتفاع درجات الحرارة يتباطأ داخل المدن الكبرى الملوثة

دراسة أسترالية: ارتفاع درجات الحرارة يتباطأ داخل المدن الكبرى الملوثة

إن مسألة ما إذا كان الانحباس الحراري العالمي يتسارع، هي مسألة مثيرة للجدال بشدة بين علماء المناخ، ففي حين زعم ​​البعض أن معدل الانحباس الحراري الحالي -الذي بلغ أعلى مستوى له على الإطلاق في العام الماضي- يرتبط ارتباطاً وثيقاً بزيادة انبعاثات الوقود الأحفوري وبالتالي يتماشى مع نماذج المناخ الحالية؛ يُحذر آخرون من أن الأرض أضحت أكثر حساسية لتأثيرات الوقود الأحفوري مما كان يُعتقد سابقاً، وأن البشرية تتجه نحو نقاط تَحوّل لا يمكن العودة منها.

وتيرة ارتفاع الحرارة أقل داخل مومباي والقاهرة

في دراسة حديثة، زادت مجموعة من الباحثين من جامعة ملبورن تعقيد هذا النقاش من خلال تحليل معدلات الانحباس الحراري في جميع أنحاء العالم والأسباب المحتملة للاختلافات الإقليمية.

النتيجة الرئيسية التي توصلوا إليها: تزداد حرارة الكرة الأرضية بمعدل أسرع، لكن هذا التسارع يحدث بشكل غير متساوٍ. ولكن من المثير للدهشة أن المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مع التركيزات الكبيرة من الفقر -المدن الكبرى مثل القاهرة ومومباي-ـ ترتفع درجة حرارتها ببطء أكثر من المراكز الحضرية في أوروبا وأميركا الشمالية.

دقائق الهباء الجوي تعكس أشعة الشمس

لماذا؟ وجد الباحثون أن الكمية الكبيرة من دقائق الهباء الجوي في الهواء في المدن شديدة التلوث تعكس ضوء الشمس إلى الفضاء، وعلى الأقل في الأمد القريب، يمكن أن يكون لها تأثير تبريدي صافٍ على السكان.

وأشادت إديث دي جوزمان، المتخصصة في سياسة التكيف في مركز لوسكين للابتكار بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس، بالباحثين، على عملهم.

وأكد مؤلفو الورقة البحثية أن النتيجة لا ينبغي أن تؤخذ على أنها علامة جيدة. فمن ناحية، من المرجح أن تكون مؤقتة فقط. وثانياً، تأتي الحماية، كما هي، فقط من الملوثات الضارة. ووافقت دي جوزمان على هذا الاستنتاج، قائلةً إن الاحترار المتسارع يعني أن «السكان الذين هم بالفعل عُرضة بشكل صارخ لمجموعة متنوعة من الظلم البيئي والمناخي سوف يكونون أكثر عرضة للخطر».

التخلص من التلوث الجوي يزيد الحرارة

ومع تطور البلدان اقتصادياً، تميل حكوماتها إلى تبني سياسات لتنقية البيئة من التلوث، ولكن مع صفاء الهواء، سوف تتعرض الفئات السكانية الضعيفة لخطر التعرض للحرارة الشديدة. وقد قدم كريستوفر شوالم، مدير برنامج المخاطر في مركز «وودويل لأبحاث المناخ»، مثال الصين، حيث بدأت الحكومة في تجهيز محطات الطاقة التي تعمل بالفحم بتقنيات الحد من الانبعاثات مثل أجهزة التنظيف، لمنع السخام من التسرب من المنشأة. وقال إن مثل هذه التدابير جيدة لجودة الهواء، لكنها ستسمح بتسرب مزيد من الحرارة من الشمس.

الفقر يزيد تأثيرات ارتفاع الحرارة

وسوف يكون الأكثر تضرراً هم أولئك الذين لا يستطيعون الوصول إلى مكيفات الهواء والمناطق المظللة. وأضاف شوالم: «كلما كنت أكثر فقراً، ارتفعت درجة الحرارة، حيث تكون الحرارة استعارة لجميع أشكال اضطراب المناخ».

وأوضح شوالم أن المجتمع العلمي لديه نحو ثلاثين نموذجاً مناخياً متطوراً للغاية يُنظر إليه بشكل جماعي على أنه «لجنة من الخبراء» حول مسار الانحباس الحراري العالمي. يعتقد أن دراسة الاحترار المتسارع مفيدة لأنها يمكن أن تساعد البلدان على التخطيط لتدابير التكيف مع المناخ وفهم مدى واقعية أهداف سياسة المناخ الحالية -أو عدمها.

تغيرات مناخية مؤثرة

في العام الماضي، لم يحقق العالم أهداف الانبعاثات من اتفاقية باريس لعام 2015، وهو في طريقه لفعل نفس الشيء هذا العام. أصبح العلماء أكثر صراحةً بشأن ما تسمى وفاة التزام اتفاقية باريس بالحفاظ على العالم دون زيادة في درجة الحرارة بمقدار 1.5 درجة مئوية (2.7 درجة فهرنهايت)، في محاولات لإجبار صناع السياسات على التعامل مع حتمية موجات الحر المتفاقمة والأحداث الجوية المتطرفة القادمة.

يقدم مؤلفو ورقة ملبورن رؤى مطلوبة بشدة حول شكل المستقبل وكيف يجب على الدول الاستعداد: «يجب أن تشجع نتائجهم «استراتيجيات التكيف مع المناخ المستهدفة» الموجهة إلى أفقر المجتمعات الحضرية في جميع أنحاء العالم.

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».