Chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời

Nhóm nghiên cứu Phòng thí nghiệm công nghệ na-nô (nano) thuộc ÐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh vừa nghiên cứu thành công công nghệ bán dẫn phát sáng (LED) sử dụng trong lĩnh vực chiếu sáng dân dụng. Từ thành công này, những sản phẩm đèn LED sử dụng năng lượng mặt trời đầu tiên của Việt Nam đã chính thức ra đời.

Nhóm nghiên cứu Phòng thí nghiệm công nghệ na-nô (nano) thuộc ÐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh vừa nghiên cứu thành công công nghệ bán dẫn phát sáng (LED) sử dụng trong lĩnh vực chiếu sáng dân dụng. Từ thành công này, những sản phẩm đèn LED sử dụng năng lượng mặt trời đầu tiên của Việt Nam đã chính thức ra đời.

Chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời

Loại đèn của tương lai

Hiện nay trong lĩnh vực chiếu sáng dân dụng như chiếu sáng gia đình, công sở, trường học đa phần sử dụng đèn huỳnh quang và đèn compact, bởi nó có độ chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng cao hơn so với các loại đèn truyền thống. Tuy nhiên, ở các vùng sâu, vùng xa, miền núi vẫn còn sử dụng các loại đèn dây tóc để thắp sáng. Ðây được xem là một giải pháp tình thế đối với người dân có thu nhập thấp, nhưng xét về khía cạnh kinh tế và tiết kiệm năng lượng thì giải pháp này hoàn toàn không phù hợp. Hơn nữa, phương án dùng đèn dây tóc sẽ không khả thi ở những nơi thiếu điện hoặc chưa có mạng lưới điện quốc gia. Ðèn sử dụng bóng compact là một trong các loại đèn được các cơ quan quản lý điện khuyến cáo nhiều nhất bởi vì nó có khả năng chiếu sáng mạnh và đạt những tiêu chí tiết kiệm năng lượng cao hơn so với đèn halogen, đèn dây tóc truyền thống. Một trong những loại đèn huỳnh quang compact phổ biến hiện nay là đèn sạc sử dụng bóng đèn compact. Các loại đèn này có công suất tiêu thụ điện nhỏ (6 – 12 W), thời gian sạc đầy tương đối lâu (10 – 20 giờ), thời gian thắp sáng không cao (4 – 8 giờ). Ngoài ra, bóng đèn compact rất dễ vỡ khi va đập mạnh do bóng đèn được làm từ vật liệu thủy tinh.

Ðể khắc phục những nhược điểm nêu trên của đèn compact, cần phải ứng dụng công nghệ cao hơn. Một trong những giải pháp đó là chế tạo đèn chiếu sáng trên cơ sở sử dụng công nghệ Nano – công nghệ bán dẫn phát sáng (LED). Loại đèn LED tiết kiệm năng lượng tốt hơn, đồng thời phát huy tối đa khả năng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Ðó cũng chính là lý do khiến PGS,TS Ðặng Mậu Chiến và nhóm nghiên cứu chọn và thực hiện đề tài khoa học cấp nhà nước “Nghiên cứu chế tạo đi-ốt phát sáng dùng trong công nghiệp chiếu sáng”.

Lô hàng đầu tiên mà nhóm nghiên cứu sản xuất có bốn loại, được ký hiệu là: SLL01, SLL02, SLL03, SLL04. Ðèn LED sử dụng những bóng LED nhỏ cho ánh sáng trắng. Dù công suất tiêu thụ ở mức từ 2 – 4 W nhưng độ phổ sáng tương đương với các loại đèn compact hiện nay trên thị trường có công suất 6 – 12 W. Thời gian sử dụng lên đến 16 giờ (khi sạc đầy), tuổi thọ của bóng LED xấp xỉ 100.000 giờ. Tính ưu việt của sản phẩm chính là sử dụng nhiều nguồn điện sạc khác nhau như: pin năng lượng mặt trời, nguồn điện xoay chiều 220 V – 50 Hz hay cả nguồn điện một chiều 12 V từ xe hơi, đi-na-mô quay tay… Ngoài ra, đèn LED còn được trang bị ắc-quy (12 V – 1,3 Ah/4 Ah) đồng thời tích hợp hệ thống bảo vệ ắc-quy đèn trong quá trình sạc. Do đó, đèn LED không chỉ nâng cao tính an toàn cho người sử dụng mà còn thuận tiện cho các hoạt động khác nhau như: sinh hoạt trong nhà (đặc biệt vùng sâu, vùng xa nơi không có mạng lưới điện), làm việc văn phòng, sử dụng trong sửa chữa, bảo trì thiết bị, xe hơi hay sử dụng trong trường hợp khẩn cấp (cúp điện đột xuất), sinh hoạt ngoài trời, sân vườn, cắm trại, du ngoạn. Các chuyên gia của phòng thí nghiệm đã nghiên cứu chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng bằng phương pháp tạo màng bằng thể hóa hơi kim cơ, họ cũng đã thành công trong việc tạo ra các màng mỏng bán dẫn trên đế sa-phia, màng GaN không pha tạp… Ðặc biệt, nhóm nghiên cứu đã làm chủ được công nghệ chế tạo đi-ốt bán dẫn phát sáng (LED chip).

PGS,TS Ðặng Mậu Chiến, Giám đốc phòng thí nghiệm na-nô (LNT), cho biết: “Trên thị trường hiện nay, bóng đèn LED được xuất hiện trong các sản phẩm ngoại nhập, chủ yếu phục vụ cho các bảng quảng cáo và trang trí (dùng bóng đèn LED mầu). Do vậy, có thể khẳng định đèn sạc sử dụng công nghệ LED (ánh sáng trắng) do LNT chế tạo là sản phẩm đầu tiên được sản xuất tại Việt Nam dùng cho chiếu sáng dân dụng. Ðèn LED do các nhà khoa học Việt Nam chế tạo đặc biệt hơn ở chỗ phát ra ánh sáng trắng, có thể sử dụng rộng rãi cho mục đích chiếu sáng trong sinh hoạt, với nhiều ưu điểm – tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao (khoảng 100 nghìn giờ), không sinh nhiệt…”.

Bước đầu tiếp cận công nghệ na-nô

Theo PGS, TS Ðặng Mậu Chiến, công nghệ na-nô là ngành khoa học về nghiên cứu, chế tạo, điều khiển và ứng dụng các vật liệu linh kiện có kích thước siêu nhỏ, trong khoảng từ 1 – 100 nm (1 m = 109 nm). Kích thước và cấu trúc siêu nhỏ dẫn đến các thay đổi lớn về tính chất của vật liệu và linh kiện. Nhiệm vụ của phòng thí nghiệm là nghiên cứu phát triển ngành khoa học và công nghệ micro, nano, thực hiện chuyển giao các công nghệ được nghiên cứu từ trường học vào công nghiệp; hỗ trợ các ngành công nghiệp vật liệu và vi điện tử; giảng dạy, đào tạo ngành công nghệ mi-crô – na-nô cho học viên sau đại học; hợp tác với các công ty trong và ngoài nước trong lĩnh vực mi-crô – na-nô.

Sợi na-nô được xem là vật liệu lý tưởng trong chế tạo cảm biến sinh học, bởi tính chất đặc biệt của nó là điện trở của sợi rất nhạy với sự thay đổi môi trường. Với sự giúp đỡ và hợp tác của Viện nghiên cứu công nghệ na-nô Hà Lan, phòng thí nghiệm đã nghiên cứu chế tạo thành công cảm biến na-nô sinh học dùng trong định lượng một số hợp chất sinh học. Một số ứng dụng đang được triển khai để tạo sản phẩm: dùng sợi na-nô platin để định lượng nồng độ glu-cô, hướng tới đo hàm lượng glu-cô trong máu; dùng sợi na-nô si-lic để định lượng DNA và prô-tê-in.

Phòng thí nghiệm hiện đang tập trung vào thiết kế và mô phỏng, vật liệu màng mỏng, phân tích cấu trúc – tính chất vật liệu na-nô, công nghệ đèn LED và la-de, linh kiện vi điện tử, cảm biến na-nô sinh học, pin năng lượng mặt trời và ống than na-nô… Bước đầu, ngoài đèn LED, phòng thí nghiệm đã thành công trong việc chế tạo TiO2 với các kích thước hạt khác nhau, một vật liệu nano tự làm sạch và diệt khuẩn. Công nghệ này có thể cho ra nhiều loại sản phẩm khác nhau, như kính chống mờ sương, gạch men tự làm sạch, diệt khuẩn và có độ bền cao. Tính chất diệt khuẩn của màng đã được kiểm nghiệm bằng phương pháp đếm số khuẩn lạc trên đĩa petri. Phòng thí nghiệm cũng đã nghiên cứu tìm ra quy trình chế tạo ống than na-nô, loại vật liệu mới với nhiều tính chất rất đặc biệt về cơ lý và điện tử, như tính phát xạ trường, được ứng dụng nhiều trong linh kiện MEMS và NEMS.

Ðây là sản phẩm từ đề tài nghiên cứu khoa học Nhà nước nên phía LNT sẽ chuyển giao công nghệ và quy trình chế tạo cho các công ty sản xuất. Ðặc biệt, LNT cũng sẽ đảm nhận việc đào tạo đội ngũ cán bộ trẻ thuộc lĩnh vực vi linh kiện điện tử. Vì việc sản xuất thử nghiệm đèn LED đã được chuẩn bị kỹ nên có thể triển khai chuyển giao công nghệ cho các công ty sản xuất trong thời gian rất ngắn. Ðây cũng chính là một trong những hướng nghiên cứu chiến lược của LNT thuộc ÐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh nhằm tạo ra sản phẩm ứng dụng vào đời sống, phục vụ chương trình tiết kiệm năng lượng của Nhà nước.