Новая версия лампы накаливания: что изменилось?

Новости МирТесен

Китайская группа специалистов в области материаловедения и инженерии предложила инновационный подход к разработке привычных всем ламп накаливания. Использование новых материалов позволило им создать «устройство освещения накаливания с рециркуляцией фотонов», которое отличается повышенной энергоэффективностью и увеличенным сроком службы. Эти устройства демонстрируют лучшие показатели по сравнению со светодиодными лампами, сохраняя при этом характерное теплое свечение, привычное для ламп накаливания.

Приблизительно 20% мировой электроэнергии расходуется на освещение, а также более 10% выбросов углекислого газа. Это обуславливает глобальное стремление к оптимизации энергопотребления в системах освещения и отказу от традиционных ламп накаливания в пользу более эффективных (в семь раз) и долговечных (более чем в десять раз) решений, основанных на светодиодах или лазерах. Принцип их работы заключается в электролюминесценции – излучении света при прохождении электрического тока через материал.

Переход на новые системы освещения, несмотря на видимые преимущества, оказался непростым: светодиодные лампы уступают лампам накаливания по точности цветопередачи. Для расширения спектра излучения в видимой области в светодиодах применяются фосфоресцирующие преобразователи, что приводит к увеличению тепловыделения. В результате возникает необходимость компромисса между эффективностью и цветопередачей, и в большинстве случаев приоритет отдается первому фактору.

Лампы накаливания характеризуются непрерывным и полным спектром видимого света, что обеспечивает комфортное освещение для человека. В связи с этим, китайские ученые предложили и реализовали экспериментальную установку, основанную на том же принципе нагревания материала электрическим током для излучения фотонов, как и в обычных лампах. Авторы назвали свою разработку «устройством освещения накаливания с рециркуляцией фотонов» (PRILD), подробное описание которого представлено в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Сначала исследователи заменили центральный элемент лампы — нить накала. Вместо обычной вольфрамовой нити авторы предложили использовать свою разработку — термоэмиттер Янус (Janus), состоящий из двухслойной цельнокерамической полосы, изготовленной из углеродных нанотрубок (черный излучатель) и гексагонального нитрида бора (белый излучатель). Затем они заменили стеклянную колбу, заполненную инертным газом, на керамический корундовый резонатор. Под черным излучателем в вырезе резонатора находится кварцевое окно со специальным фильтром, пропускающим видимый свет и отражающим инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.

В устройстве, упомянутом в названии, схема рециркуляции фотонов функционирует следующим образом. Белый излучатель препятствует проникновению энергии внутрь устройства, благодаря низкой излучательной способности в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, а также, совместно с резонатором, эффективно отражающим широкий спектр фотонов, формирует внутренний цикл рециркуляции фотонов, что позволяет уменьшить потери энергии на рассеяние внутри устройства. Черный эмиттер, созданный на основе углеродных нанотрубок, обладает коэффициентом излучения, близким к единице, в видимом и инфракрасном диапазонах.

В заключение, кварцевое стекло пропускает только свет полного спектра видимости, при этом отражая ультрафиолетовые лучи и инфракрасное воздействие обратно внутрь резонатора, где они поглощаются черным излучателем. Разработанное и произведенные таким образом устройства демонстрируют эффективность свыше 25%, что примерно в полтора раза превосходит показатели светодиодных ламп, а их долговечность превышает трехкратный показатель обычных лампочек накаливания. При этом новые типы ламп накаливания сохраняют высокую точность цветопередачи и приятное для восприятия свечение – качества, присущие устаревшим моделям.