Valaistus
Valkoisesta laservalosta tulee uusi sähkölamppu
Laserit ovat tarkempia ja vähemmän energiaa kuluttavia kuin hohtodiodit eli ledit, joita käytetään nykyään lampuissa ja näytöissä.
Tähän asti on kuitenkin ollut mahdollista tuottaa vain värillistä laservaloa. Jokin aika sitten yhdysvaltalaisen Arizonan valtionyliopiston tutkijat esittelivät kiteen, joka luo valkoista laservaloa.
Kide luo kolmenväristä – punaista, vihreää ja sinistä – valoa, mutta peileillä ne voidaan sekoittaa valkoiseksi valoksi.
Paksuudeltaan uusi laserkide vastaa vain viidesosaa hiuksesta. Kide on koostettu niin sanotuista nanoarkeista, jotka ovat sinkki- ja kadmiumsulfidista sekä kadmiumselenidistä seostettuja kerroksia.
Nanotekniikka, josta käytetään nimitystä MSHN eli multi-segment hetero-structure nanosheets, näyttää jopa 70 prosenttia enemmän värejä kuin ledit pienemmällä energiankulutuksella.
Siten näköpiirissä on paitsi ledilamppujen seuraaja myös kontrastiltaan ja värintoistoltaan parempi näyttötekniikka.
Jauheet kuumaan putkeen
Umpinaista putkea kuumennetaan niin, että sen lämpötila vaihtelee. 840 asteessa siihen pannaan astiassa kadmiumselenidiä (CdSe) ja 980 asteessa sinkki-sulfidia (ZnS) jauheena.
Tanko liikkuu edestakaisin
Piitä sisältävää rautatankoa liikutetaan edestakaisin putkessa. Alkuaineet Zn, Cd, S ja Se yhtyvät piihin eri lämpö-tiloissa ja muodostavat siten koostumukseltaan kerroksittaisen kiteen.
Punaisesta, vihreästä ja sinisestä valkoista
Valmiin kiteen paksuus on viidesosa hiuksesta. Kun se valaistaan, säteilevän valon aallonpituus vaihtelee kerroksittain ja on siten väriltään punaista, vihreää tai sinistä. Eri värit voidaan yhdistää valkoiseksi laservaloksi.
Valkoinen laser voi myös nopeuttaa tulevaisuuden langatonta internetiä, li-fiä. Li-fi käyttää valaistuksen valopulsseja radioaaltojen sijasta.
Ledeihin perustuva li-fi voi olla kymmenen kertaa niin nopea kuin wlan (wi-fi). Vaihtamalla ledit valkoiseen laseriin nopeus 10–100-kertaistuu.
Kvanttipisteet kirkastavat värit
Kvanttipisteet, ”quantum dots”, ovat puolijohtavasta aineesta valmistettuja nanohiukkasia, jotka lähettävät eriväristä valoa sen mukaan, kuinka isoja ne ovat.
Esimerkiksi kvanttipiste, jonka läpimitta on kaksi nanometriä eli millimetrin miljoonasosaa, hohtaa sinistä valoa, kun se valaistaan. Kvanttipisteillä voidaan parantaa värinäyttöjä, joita
käytetään esimerkiksi televisioissa ja puhelimissa.
Selitys löytyy niiden kapeammista spektrilinjoista (huiput alla olevassa käyrädiagrammissa). Kolme pääväriä – punainen, vihreä ja sininen – voidaan toisin sanoen erottaa paremmin toisistaan, minkä ansiosta on mahdollista toistaa useampia eri sävyjä.
Pisteen koko ratkaisee värin
Kvanttipisteen koko ratkaisee, mitä väriä se lähettää. Esimerkiksi läpimitaltaan kahden nanometrin kvanttipiste lähettää sinistä ja seitsemän nanometrin piste punaista valoa.
Kvanttipisteet säästävät sähköä. Taustavalaistussa ledinäytössä sininen valo läpäisee keltaisen fosforikerroksen.
Kun fosfori korvataan kvanttipisteillä, jotka lähettävät jopa 99,6 prosenttia valosta uudelleen, alkuperäistä energiaa säästyy. Samalla näyttö kuitenkin kirkastuu.
Terveys
Valaisin aktivoi syöpälääkkeen. Nyt valolla voidaan aktivoida lääke kasvainsolujen sisällä.
Valo laukaisee lääkepommin
Rintasyöpä leviää usein luuytimeen, josta syöpäsoluja on vaikea hävittää tuhoamatta samalla myös elintärkeitä kantasoluja.
Yhdysvaltalaisen Washingtonin yliopiston tutkijat ovat keksineet täsmähoidon, joka perustuu valoon. Menetelmässä käytetään syöpälääkettä, joka on vaaratonta siihen asti, kun se altistuu valolle.
Valoterapiaa käytetään jo nykyään ihossa ja sen tuntumassa olevien kasvainten tuhoamiseen, ja siinä lääke aktivoidaan sinisellä tai punaisella valolla.
Uudessa sovelluksessa lääke valaistaan vasta solussa.
Kapseli kuljettaa lääkkeen syöpäsoluun
Valoon reagoivaa lääkettä sisältävät nanokapselit viedään luuytimeen. Siellä ne tarttuvat tiettyyn syöpäsolujen pinnan molekyyliin ja siirtävät lääkkeen niiden sisään.
Syöpäsolut ahnehtivat fluorodeoksiglukoosia
Luuytimeen lisätään radioaktiivista fluorodeoksiglukoosia. Koska syöpäsolujen aineenvaihdunta on normaalia vilkkaampi, ne ahmivat runsaasti radioaktiivista ainetta.
Sininen valo aktivoi lääkkeen solussa
Radioaktiivinen aine säteilee sinistä ja ultraviolettia valoa, joka aktivoi valoon reagoivan lääkkeen solussa tuhoisin seurauksin. Luuytimen kantasolut eivät kärsi.
Ensin valolla aktivoitava lääkeaine viedään luuytimeen nanokapseleissa.
Niiden pinnalla on LLP2A-nimistä ainetta, joka sitoutuu syöpäsolujen VLA-4-reseptoreihin.
Sitten luuytimeen ruiskutetaan radio-aktiivista FDG- eli fluorodeoksiglukoosi-nimistä ainetta, jota syöpäsolujen GLUT-proteiinit eli glukoosinsiirtäjät nappaavat.
FDG säteilee valoa, joka aktivoi solussa olevan lääkkeen. Koska luuytimen kantasoluilla on erilainen VLA-4-reseptorien ja GLUT-proteiinien yhdistelmä
kuin syöpäsoluilla, ne eivät kärsi hoidosta.
Lasertykki ampuu 80 malariahyttystä sekunnissa
Taistelussa malariahyttysiä ja muita tartunta-tauteja levittäviä hyönteisiä vastaan otetaan pian käyttöön uusi ase: Photonic Fence -tykki, jossa yhdistyvät videokamera, ledit ja laser.
Sillä voidaan etsiä ja tuhota haitallisia hyönteisiä sisätiloissa.
Lasertykki tunnistaa malariahyttysen siiveniskuista, ennen kuin se ampuu hyönteistä.
Vielä kehitteillä oleva ase koostuu kahdesta pääosasta: tunnistusjärjestelmästä, joka erottaa oikeat hyönteiset, ja paikannusjärjestelmästä, joka havaitsee, milloin hyönteiset liikkuvat toiminta-alueella.
Paikannnusjärjestelmään kuuluvat videokamera, infrapunahohtodiodit ja erikoiskalvo, joka heijastaa infrapunasäteilyä seinästä.
Kamera on liitetty tietokoneeseen, joka kuvantunnistusohjelman avulla erottaa hyttyset muodosta, kun niiden siluetti näkyy valoa vasten.
Paikannusjärjestelmä seuraa jatkuvasti hyönteisen sijaintia, ja paikkatietojen pohjalta suunnataan vihreä lasersäde kohti sitä. Valokenno rekisteröi takaisin heijastuvan valon voimakkuudessa tapahtuvat muutokset.
Siipien lyöntitiheys auttaa määrittämään hyönteislajin. Jos kyseessä on malariahyttynen, se ammutaan laserilla kuoliaaksi.
Koemalli pystyy eliminoimaan 80 hyttystä sekunnissa, mutta tavoitteena on saavuttaa vielä huomattavasti suurempi tuhoamisnopeus.
Mikroskooppi poistaa varjot
Valoaallot, jotka ennallistavat itsensä sen jälkeen, kun ne ovat törmänneet johonkin esteeseen, kuten kehon kudokseen, ovat mahdollisia uudenlaisessa tarkkuusmikroskoopissa.
Kun valo optisessa mikroskoopissa osuu läpinäkymättömään kappaleeseen, taakse syntyy varjokuvio.
Tämä diffraktioksi kutsuttu ilmiö johtuu siitä, että valoaallot taipuvat kappaleen reunoilla ja leviävät kaikkiin suuntiin.
Optisen mikroskoopin valo heittää varjoja, jotka tekevät malarialoision lähikuvasta epätarkan. Uudentyyppinen linssi voi eliminoida varjot.
Saksalainen Freiburgin yliopisto yrittää niin ikään saksalaisen Leica Microsystems -yhtiön kanssa saada valon syntymään uudelleen kappaleen toisella puolella.
Käyttämällä kartion muotoista linssiä voidaan luoda niin sanottuja Besselin kaltaisia säteitä, jotka ennallistavat itsensä esteen kohtaamisen jälkeen. Se tarkoittaa, että varjokuviota ei muodostu.
Sen ansiosta saadaan tarkkoja mikroskooppikuvia, joissa ei ole juovia eikä samentumia.
Energia
Valon energiaa voidaan varastoida polttoaineeseen, osoitti tutkimus, jossa jäljiteltiin kasvien fotosynteesiä.
Keinotekoinen yhteyttäminen varastoi aurinkoenergiaa
Auringon ja tuulen energian varastointi on vihreän sähköntuotannon suurimpia haasteita.
Yhdysvaltalaisen Illinois'n yliopiston tutkijat ovat onnistuneet kehittämään tehokkaan keinon varastoida aurinkoenergiaa.
Menetelmässä sidotaan valon energiaa polttoaineeseen, kuten propaaniin, hiilidioksidin (CO2) ja kultananohiukkasten avulla jäljittelemällä kasvien yhteyttämistä.
Siinähän valon energia muuttuu glukoosiksi. Prosessi poistaa CO2:ta ilmasta. Tutkijat kehittävät uudenlaista polttokennoa, joka tuottaa propaanilla sähköä aiheuttamatta CO2-päästöjä.
Siten keinotekoinen fotosynteesi auttaa hillitsemään ilmaston lämpenemistä.
Laser valaisee nestettä
Nestettä, jossa on kultananohiukkasia, CO2:ta ja vettä (H2O), valaistaan laserilla. Se lähettää vihreää valoa, jonka aallonpituus on 532 nm. Se vastaa sitä näkyvän valon osaa, jota kasvit käyttävät.
Elektroni saa aikaan reaktion
Kultananohiukkaset imevät itseensä valoa ja vapauttavat sen vaikutuksesta elektroneja. Ne saavat aikaan reaktion, jossa CO2 ja H2O yhtyvät samalla tavalla kuin kasvien yhteyttäessä.
Syntyy palavaa ainetta
Reaktiot CO2:n ja H2O:n välillä tuottavat pitkiä hiilivetyketjuja, kuten palavaa propaania. Valon energia on varas-toitunut kemiallisesti, ja polttoainetta voidaan käyttää sähköntuotantoon.
Laser lataa dronen akun langattomasti
Drone tai lentokone, joka voi tehdä ilmasta käsin mittauksia tai kartoituksia päivien tai viikkojen ajan laskeutumatta välillä. Vision toteuttamiseen tähtää uusi tekniikka, joka mahdollistaa energian siirtämisen langattomasti laservalon avulla maa-asemilta.
Laservalo kohdistetaan ilma-alukseen keskitettynä keilana, joka vastaa kooltaan esimerkiksi dronen aurinkopaneelia. Kun laservalo osuu aurinkopaneeliin, fotonien energia muuttuu sähkövirraksi kennoissa.
Syntyvä sähkö varastoituu akustoon, josta sähkömoottori tai -moottorit saavat tarvitsemansa käyttövoiman. Kaukolatauksen ansiosta drone voi jatkaa lentämistä.
Maa-asema on varustettu paikantimella, joka määrittää dronen sijainnin tarkasti ja ohjaa laserin oikeaan kohtaan. Latausverkosto voi perustua paikalliseen energiantuotantoon.
Laservalo siirtää sähköä langattomasti
Sähköä voidaan tuottaa maassa aurinkokennoilla ja siirtää langattomasti droneen laserilla.
Tekniikan takana oleva yritys, PowerLight Technologies, on pitänyt normaalisti viiden minuutin välein ladattavan dronen ilmassa yli 12 tuntia langattomalla latauksella.
Tekniikalle voi löytyä käyttöä myös satelliiteissa, jotka kiertävät Maata matalilla kiertoradoilla.