Ingeniører rapporterer om en ny belysningsteknologi med lav effekt

Forskere fra Moscow Institute of Physics and Technology og Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences har designet og testet en prototype katodoluminescerende lampe til generel belysning. Den nye lampe, som er afhængig af fænomenet feltemission, er mere pålidelig, holdbar, og lysende end dens analoger tilgængelige på verdensplan. Udviklingen blev rapporteret i Journal of Vacuum Science &Technology B .

Mens LED -lamper er blevet almindelige, de er ikke det eneste rene og strømbesparende alternativ til glødelamper. Siden 1980'erne har ingeniører rundt om i verden har kigget på de såkaldte katodoluminescerende lamper som en anden mulighed til generelle belysningsformål.

Vist i figur 1, en lampe af denne art er afhængig af det samme princip som tv-katodestrålerør:En negativt ladet elektrode, eller katode, i den ene ende af et vakuumrør fungerer som en elektronpistol. En potentiel forskel på op til 10 kilovolt fremskynder de udsendte elektroner mod en fladt positivt ladet phosphorcoatet elektrode-anoden-i den modsatte ende af røret. Dette elektronbombardement resulterer i lys.

Katodoluminescerende lamper har fordelen ved at udsende lys næsten ved enhver bølgelængde, fra rød til ultraviolet, afhængigt af hvilket fluorescerende materiale der bruges.

Nye ultraviolette pærer ville være en særlig rettidig udvikling, i betragtning af det seneste forbud mod husholdningsapparater ved brug af kviksølv i henhold til Minamata -konventionen, en FN -traktat underskrevet af 128 lande, der trådte i kraft i august 2017. Blandt andre produkter, forbuddet retter sig mod ultraviolette lysstofrør, meget brugt til drivhusbelysning og andre applikationer. Katodoluminescerende UV -pærer indeholder intet kviksølv og er generelt renere i service og ved bortskaffelse.

"Nogle industrier, der bruger kviksølvlamper til vandbehandling og luftdesinfektion, for eksempel, vil være meget langsom og uvillig til at udfase dem, "kommenterede Mikhail Danilkin fra Lebedev Physical Institute, RAS. "Men medicin er anderledes, fordi spørgsmålet om bortskaffelse af kviksølvlamper på individuelle medicinske faciliteter ikke er løst, mens miljøstandarderne bliver strengere. Katodoluminescerende lamper kunne bruges til dekontaminering af operationsstuer, UV -bestråling af hals og mandler, og tandfyldningshærdning. "

En anden vigtig fordel ved den nye lampe frem for lysdioder og lysstofrør er, at den ikke er afhængig af de såkaldte kritiske råvarer. Disse omfatter gallium, indium, og nogle sjældne jordarter. Selvom deres udbud er begrænset, disse materialer er afgørende og uerstattelige for sundheden, forsvar, rumfart, og andre vigtige industrier. Europa -Kommissionen opregner dem som strategisk vigtige for den europæiske økonomi.

Der er gjort forsøg på at masseproducere kommercielle katodoluminescerende pærer i USA, men forbrugerne omfavnede ikke enheden, mest fordi det var omfangsrigt og tog flere sekunder at opvarme katoden til driftstemperatur. Tilsvarende de gamle tv -apparater begyndte at vise billedet efter en kort forsinkelse.

Nogle katoder kræver ingen opvarmning, selvom. De er kendt som feltemissionskatoder, fordi de er afhængige af fænomenet feltemission. Det involverer en kold katode, der udsender elektroner under et elektrostatisk felt alene, på grund af tunneling.

Imidlertid, at designe en effektiv, langvarig, og teknologisk avanceret katode, der kunne masseproduceres og sælges til en overkommelig pris, har vist sig at være udfordrende. På trods af en løbende indsats i Japan og USA, den nylige russiske undersøgelse markerer det første vellykkede forsøg på dette.

"Vores feltemissionskatode er lavet af almindeligt kulstof, "sagde professor Evgenii Sheshin, næstformand for vakuumelektronik hos MIPT, der ledede forskergruppen. "Men dette kulstof bruges ikke kun som et kemikalie, men snarere som en struktur. Vi fandt en måde at lave en struktur på fra kulfiber, der er resistent over for ionbombardement, udsender en høj emissionsstrøm, er teknologisk og overkommelig i produktionen. Denne teknologi er vores knowhow, ingen andre i verden har det. "

Ved at udsætte kulstoffet for særlig behandling, mange submikrometer fremspring - mindre end en milliondel af en meter i størrelse - dannes ved spidsen af ​​katoden (figur 2). Dette resulterer i et ultrahøjt elektrisk felt ved spidsen, driver elektroner ud, ind i vakuumet.

MIPT -forskergruppen har også udviklet en kompakt strømkilde til deres katodoluminescerende lampe, som leverer nok kilovolt til vellykket feltelektronemission. Kilden er monteret omkring glaspæren (figur 3) med næsten ingen effekt på dens størrelse.

Papiret rapporterer prototypetest og lampens tekniske egenskaber. Disse data tyder på, at hvis masseproduceret, den nye katodoluminescerende pære kunne konkurrere med de billige lamper baseret på lysdioder. Den nye pære ville også hjælpe med at udfase de farlige lysstofrør, der indeholder kviksølv, som stadig bruges i mange husstande.

"I modsætning til LED -pæren, vores lampe er ikke bange for forhøjede temperaturer. Du kan bruge den, hvor dioder hurtigt falmer, såsom i loftspots, hvor der ikke er tilstrækkelig køling "tilføjede studieforfatter Dmitry Ozol fra MIPT's vakuumelektronikafdeling.