เทคโนโลยีออพติคัล: รหัสเรืองแสงของแกนกลาง-เชลล์ควอนตัมดอท
ความแข็งแกร่งของแกนกลางของฟลูออเรสเซนต์นี้กรวดอยู่ในการออกแบบที่แม่นยำของแกนซิงค์ซีลีไนด์/แคดเมียมซัลไฟด์ (ZnS/CdSe)-แกนควอนตัมดอท ทีมงานด้านเทคนิคใช้เคมีคอลลอยด์ในการสังเคราะห์จุดควอนตัมเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 นาโนเมตรขนาด 3- ที่มีแกนแคดเมียมซัลไฟด์ (มีจุดศูนย์กลางเรืองแสง) และเปลือกสังกะสีซีลีไนด์ (ปกป้องโครงสร้างแกนกลางและเพิ่มความเสถียร) การเคลือบควอนตัมดอทแบบ "core-shell" (หนา 200 นาโนเมตร) นี้ครอบคลุมพื้นผิวกรวดธรรมชาติขนาด 5-10 มม. อย่างสม่ำเสมอ
โครงสร้างนี้บรรลุความก้าวหน้าทางการมองเห็นแบบคู่: ประการแรก ช่วงความยาวคลื่นการกระตุ้นที่กว้างโดยมีเกณฑ์ต่ำ- การกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพต้องใช้แสงอัลตราไวโอเลต 365 นาโนเมตร (ปรากฏอยู่ในแสงแดดและไฟถนน) โดยไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงที่เข้มข้นโดยเฉพาะ ประการที่สอง จุดสูงสุดของการปล่อยก๊าซที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ-โดยการปรับขนาดจุดควอนตัม จุดสูงสุดของการปล่อยก๊าซที่เป็นลักษณะเฉพาะ 2 ประการจะเกิดขึ้นที่ 520 นาโนเมตร (สีเขียว) และ 620 นาโนเมตร (สีแดง) สีเขียวหมายถึง "โซนทางผ่านที่ปลอดภัย" (เช่น ศูนย์กลางเลนจักรยาน) ในขณะที่สีแดงหมายถึง "ขอบเขตอันตราย" (เช่น ขอบถนน บันได) อัตราส่วนความเข้มของการส่องสว่างของทั้งสองสีคือ 1:1.2 ซึ่งสอดคล้องกับความไวในการมองเห็นตอนกลางคืนของมนุษย์ (สีเขียวจะจดจำได้ง่ายกว่า)
"ผลกระทบด้านขนาด" ของจุดควอนตัมเป็นกุญแจสำคัญต่อประสิทธิภาพการส่องสว่าง โดยการควบคุมขนาดอนุภาคเป็น 3 นาโนเมตร (แสงสีแดง) และ 5 นาโนเมตร (แสงสีเขียว) จะควบคุมพลังงานการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนอย่างแม่นยำ ส่งผลให้ได้ควอนตัมโฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PLQY) ที่ 85%-มากกว่า 3 เท่าของวัสดุฟอสฟอรัสแบบดั้งเดิม (เช่น เมทริกซ์ซิงค์ซัลไฟด์) ซึ่งหมายความว่าสามารถเก็บพลังงานไว้เพียงพอสำหรับการเรืองแสงในเวลากลางคืนแม้ในสภาพแสงน้อย-ที่มีเมฆมาก
ข้อมูลประสิทธิภาพ: ความก้าวหน้าที่ครอบคลุมตั้งแต่ระยะเวลาแสงระเรื่อไปจนถึงความต้านทานต่อสภาพอากาศ
ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่ากรวดเรืองแสงแบบจุดควอนตัมมีประสิทธิภาพเหนือกว่าหินเรืองแสงแบบดั้งเดิมทั่วทุกด้าน: หลังจากการสัมผัสกับแสงแดดเป็นเวลา 30 นาที ระยะเวลาที่แสงระเรื่อของมันยาวนานถึง 12 ชั่วโมง (ยังคงแยกแยะได้ในที่มืดสนิท)- 6 เท่าของหินเรืองแสงแบบดั้งเดิม (2 ชั่วโมง) ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงจันทร์ (ความสว่าง 0.5 ลักซ์) ระยะเวลาแสงระเรื่อยังคงอยู่ 8 ชั่วโมง ตอบสนองความต้องการการส่องสว่างตลอดทั้งคืน
ความเสถียรระยะยาว-ที่สำคัญกว่านั้น: ทดสอบตามมาตรฐาน ISO 17398 (มาตรฐานความทนทานต่อสภาพอากาศของวัสดุสะท้อนแสงบนถนน) หลังจากการเสื่อมสภาพของรังสียูวีอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง (จำลองการสัมผัสกลางแจ้งเป็นเวลา 5 ปี) ความเข้มของการส่องสว่างของกรวดจะลดลงเพียง 4.7% (<5% per year)-far lower than traditional materials (>เสื่อมโทรมลง 20% ต่อปี) นี่เป็นเพราะแกนป้องกัน-โครงสร้างเปลือก-เปลือกสังกะสีเซเลไนด์แยกออกซิเจนและความชื้น ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของจุดควอนตัม และยืดอายุการใช้งานได้นานกว่า 10 ปี (เทียบกับ. 2-3 ปีสำหรับหินเรืองแสงแบบดั้งเดิม)
คุณสมบัติทางกลยังเหมาะกับสภาพถนนด้วย: กรวดที่เคลือบมีกำลังรับแรงอัด 80MPa (เทียบกับ. 70MPa สำหรับกรวดที่ไม่เคลือบผิว) โดยมีความต้านทานการสึกหรอดีขึ้น 20% (>การคงอยู่ของการเคลือบ 90% หลังจากรอบแรงเสียดทานของล้อขัด 1,000 รอบ) ทนต่อการบดในระยะยาว-โดยจักรยานและคนเดินถนนโดยไม่เกิดความเสียหาย
สถานการณ์การใช้งาน: แนวปฏิบัติด้านความปลอดภัยในโคเปนเฮเกน
"โครงการกรีนเวย์ฟอสฟอรัส" ของโคเปนเฮเกนถือเป็นแอปพลิเคชันมาตรฐาน ในปี 2023 เมืองได้ติดตั้งกรวดเรืองแสงแบบจุดควอนตัมบนเลนจักรยานระยะทาง 15 กม.: สีเขียว-กรวดเปล่งแสง (520 นาโนเมตร) สำหรับศูนย์กลางเลน และกรวดสีแดง- (620 นาโนเมตร) สำหรับขอบถนน หลังจากใช้งานครบหนึ่งปี ข้อมูลจะแสดง:
อุบัติเหตุจักรยานในเวลากลางคืนลดลง 37% (จาก 0.8 เป็น 0.5 ต่อกิโลเมตร) โดยเกิดการชนเนื่องจาก "การเบี่ยงเบนเลน" ลดลง 62%
ความพึงพอใจของนักปั่นจักรยานต่อการมองเห็นถนนสูงถึง 91% (เทียบกับ. 65% สำหรับเครื่องหมายสะท้อนแสงแบบดั้งเดิม) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่ไม่มีแสงสว่าง กรวดเรืองแสงช่วยให้นักปั่นจักรยานสามารถระบุทางเลี้ยวและสิ่งกีดขวางของถนนได้ล่วงหน้า 50 เมตร
ประหยัดพลังงานได้มาก: ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์แบบเดิมมีราคาประมาณ 2,000 ยูโรต่อปีต่อกิโลเมตร ในขณะที่กรวดเรืองแสงเป็นศูนย์-พลังงาน โดยต้องเปลี่ยนใหม่ทุกๆ 10 ปีเท่านั้น-ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งานลง 82%
นอกเหนือจากถนนในเขตเทศบาลแล้ว เทคโนโลยีนี้ยังได้เข้าสู่พื้นที่และวิทยาเขตที่มีทัศนียภาพอันงดงาม เส้นทางกลางคืนของทะเลสาบหางโจวตะวันตกใช้กรวดเรืองแสงเพื่อกำหนดเส้นทาง ช่วยลดเวลากลางคืนของนักท่องเที่ยวที่สูญหายถึง 75%; วิทยาเขตของมหาวิทยาลัยปักกิ่งใช้สิ่งนี้เพื่อทำเครื่องหมายขอบเขตทางเท้า ปรับปรุงการจดจำถนนได้ถึง 50% ในสภาพที่มีหิมะตกและสะท้อนแสงได้- ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคล่องตัวในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย-ที่ซับซ้อน