Лампы накаливания могут получить вторую жизнь, теперь их эффективность сравнима со светодиодами - «Технологии»

Хотя и традиционные лампы накаливания постепенно отходят в прошлое благодаря развитию технологий и научным достижениям, последнее открытие ученых, возможно, вернет им былую популярность и заставит сиять по-новому.

Лампы накаливания, которые одновременно со светом выделяют и много тепла, известны человечеству уже больше столетия и за это время не претерпели практически никаких изменений. Однако со временем, в борьбе за высокую энергоэффективность, эти устройства стали уступать более продуктивным аналогам – флуоресцентным (КФЛ) лампам и светодиодам (LED).

Принцип работы ламп накаливания основан на нагреве электричеством тонкой вольфрамовой (чаще всего) нити до температуры около 2700 градусов Цельсия, которая располагается в вакуумированной колбе с инертными газами. Раскаленный вольфрам излучает оптимальный для зрения человека свет, спектральный состав которого соответствует излучению абсолютно черного тела, что позволяет получать самые разнообразные цвета.

Но такие лампы имеют один существенный недостаток: более 95% используемой ими энергии тратится напрасно, большая часть которой рассеивается в виде тепла. Именно поэтому многие страны уже начали полностью отказываться от такого неэффективного решения. Однако теперь, благодаря изобретению ученых Массачусетского технологического института и Университета Пердью, положение вещей может серьезно измениться.

Свою научную работу исследователи опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. В ней описывается разработанный ими двухступенчатый процесс, первая часть которого состоит в создании обычной металлической нити накаливания с такой же склонностью к теплопотерям. Однако рассеиванию тепла в виде инфракрасного излучения препятствует нанофотонный поверхностный слой нити, который отражает это излучение обратно на тело накаливания и, таким образом, вызывает повторное выделение света нитью, но уже в видимом спектре.

Поверхностный слой представляет собой структуру из фотонных кристаллов, а материалами для ее создания могут служить дешевые и распространенные в природе элементы, причем получить нужные свойства можно путем традиционного осаждения. В результате эффективность таких «нано-лампочек» может достигать 7-13%, что в несколько раз превышает КПД обычных ламп накаливания (2-3%) и сопоставимо с эффективностью светодиодов и люминесцентных устройств. В тоже время, по заявлению ученых, теоритически КПД новых ламп может достигать 40%.

Главным фактором, увеличивающим продуктивность новых ламп, является их рабочий элемент, который, в отличие от тонких спиралей накаливания, представляет собой плоскую изогнутую пластину, которая заключена в оболочку из специального метаматериала со свойствами фотонного кристалла, образованного из тончайших слоев оксида кремния и оксида тантала. Путем модификации этих слоев можно изменять форму электромагнитного излучения и, соответственно длину волн.

Ученые заявляют, что стоимость «нано-ламп» будет невысокой, так как для их производства не потребуются дорогие материалы и оборудование. К тому же, сфера их применения может выходить далеко за пределы осветительных приборов – они могут увеличить эффективность солнечных панелей, нагревательных устройств, повлиять на химическую промышленность и даже посодействовать развитию космических технологий.

Источник: phys.org