В МФТИ готовят революцию на рынке люминесцентных ламп и светодиодов

Иллюстрация. «Революция лампочек». Дизайнер: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ

Сотрудники кафедры вакуумной электроники МФТИ совместно с учеными из ФИАН создали и испытали прототип катодолюминесцентной лампы общего освещения, основанной на явлении автоэлектронной эмиссии и обладающей не достигнутыми никем в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света. Соответствующая работа опубликована в международном научном журнале Journal of Vacuum Science & Technology B.

Ставшие уже привычными в быту светодиодные лампочки — не единственная экономичная альтернатива лампам накаливания: с 1980-х годов в мире изучают возможность применения для общего освещения так называемых катодолюминесцентных светильников. Их работа основана на том же принципе, что и кинескопы старых телевизоров: внутри вакуумной колбы находятся катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод), между которыми создается значительная разность потенциалов (до десятка киловольт). Под действием электрического поля электроны, испускаемые катодом, бомбардируют поверхность анода, под которой нанесен слой люминофора, и заставляют последний светиться (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Схема устройства лампочки: 1 — модуль катодного модулятора; 2 — катод; 3 — модулятор; 4 — испускаемые электроны; 5 — люминофор; 6 — анод (алюминиевое зеркало); 7 — вывод анода; 8  — стеклянная вакуумная колба.

 Такая лампочка хороша тем, что может излучать свет практически в любой области спектра — от красной до ультрафиолетовой, — зависит только от люминофора. Но особенно актуальна сейчас возможность катодолюминесцентных ламп работать в ультрафиолетовой области спектра. Дело в том, что вот-вот вступит в действие международная Минаматская конвенция, запрещающая производство и оборот бытовых приборов, содержащих ртуть. Россия тоже поставила подпись под этим документом, и с будущего года люминесцентные лампы, излучающие в ультрафиолетовом спектре, а потому широко используемые у нас для освещения теплиц, окажутся вне закона. Катодолюминесцентные же осветительные приборы, излучающие тот же ультрафиолет, никакой ртути не содержат и вообще абсолютно экологичны как в эксплуатации, так и при утилизации.

Катодолюминесцентные лампочки пытались серийно производить и продавать в США. Но рынок не принял новинку — в основном из-за ее громоздких размеров и необходимости ждать после включения несколько секунд, пока катод достигнет рабочей температуры. (По той же причине старый кинескопный телевизор начинал показывать не сразу после включения, а после того, как прогреется).

Впрочем, существуют и катоды, не требующие нагрева, — так называемые автокатоды. Их принцип действия основан на явлении автоэлектронной эмиссии — испускании электронов холодным катодом под действием одного лишь электрического поля, за счет туннельного эффекта. Но создать эффективный, долговечный и при этом технологичный автокатод, имеющий приемлемую для массового производства себестоимость, крайне сложно: ни в Японии, ни в США, где сейчас ведутся подобные работы, этого сделать до сих пор не удалось.

А российским физикам — удалось.

«Наш автокатод построен на основе обычного углерода, — рассказывает Евгений Шешин, руководитель работы, профессор МФТИ, заместитель заведующего кафедрой вакуумной электроники. — Но этот углерод работает не просто химикатом, а структурой: мы научились создавать из углеродных волокон такую конструкцию, которая не боится ионной бомбардировки, дает высокий эмиссионный ток, технологична и дешева в производстве. Это чисто наше ноу-хау, такой технологии нет больше нигде в мире».

Специальная обработка углеродного материала позволяет формировать на острие катода множество микровыступов размером в доли микрона (рисунок 2). Они создают вблизи поверхности катода сверхвысокую напряженность электрического поля, которая и выбивает электроны в окружающий вакуум.

 

Рисунок 2. Модуль катодного модулятора (а): стрелка указывает на излучающий катод. Увеличенное изображение излучающего катода, изготовленного из углеволокна (b). Фото предоставлено авторами исследования

Второе достижение ученых Физтеха — им удалось сконструировать компактный источник питания для автокатодной катодолюминесцентной лампочки, обеспечивающий необходимые для эффективной эмиссии электронов киловольты. Он целиком помещается по периметру колбы лампочки, почти не влияя на ее размеры (рисунок 3).

 

Рисунок 3. Лабораторные прототипы катодолюминесцентных лампочек со встроенным блоком питания на стандартном цоколе E27 с рассеивателем (a) и без него (b). Cветовой поток каждой из них достигает 250 лм, что приблизительно соответствует 25-ваттной лампочке накаливания. Потреблямая мощность — 5,5 Вт. Фото предоставлено авторами исследования

В опубликованной работе по результатам испытаний прототипа приводятся его технические характеристики. Эти данные свидетельствуют, что катодолюминесцентные лампочки при массовом производстве вполне способны на равных конкурировать с массовой светодиодной продукцией из Китая. Они помогут окончательно вытеснить и экологически опасные ртутные люминесцентные лампы, которые мы сейчас повсеместно используем в своих квартирах.

«Наша лампочка не боится повышенных температур, в отличие от светодиода, — говорит Дмитрий Озол, соавтор работы, сотрудник кафедры вакуумной электроники МФТИ. — И может эксплуатироваться там, где светодиод быстро потеряет яркость, например, в спотовых потолочных светильниках, где не обеспечивается хорошее охлаждение».

Лампы не содержат импортных комплектующих, не требуют при производстве импортного сырья и, в принципе, могут выпускаться на любом отечественном электроламповом заводе.

Пресс-служба МФТИ

Комментарии   

0 #8 Артур 03.06.2019 21:56
Лампа то долговечная получилась но как с кинескопа был вредный спектр рентгена так и с этой лампы будет вред особенно для глаз человека . 8) по себе знаю , часто телек со старым кинескопом смотрел , теперь очки ношу .
Цитировать
0 #7 Сергей 03.06.2019 20:03
45Лм/Вт - революция?
Мы уже лет пять в пром. светильники ставим светодиоды 165Лм/Вт.

И интересно, что на счет опасного излучения? Пузатые кинескопы были не полезные...
Цитировать
+1 #6 Струков Александр 03.06.2019 16:05
Да много раз уже слышали, что в России изобрели то-то, что разработали то-то. А где это всё? Так и здесь, через короткое время эту российскую разработку будем покупать у китайцев.
Цитировать
+1 #5 Владимир Баженов 03.06.2019 11:29
Цитирую Фадеев Александр Вас:
Уже и не верится,что промышленность российская когда-нибудь поднимется за счет своих технологий. ;-)

Уже была эпопея с отечественными светодиодными лампами...
Цитировать
0 #4 Владимир Баженов 03.06.2019 11:17
Если делать лампочку, не важно по какой технологии, то ниша в 25 Ватт самая не интересная и давно занята дешевыми китайскими светодиодными лампами. Так что это повторение пройденного. Уже пытались делать отечественные лампочки на светодиодах. Уж десять лет прошло и где они?
Новые лампочки должны быть дешевле, миниатюрней и ярче.
Цитировать
+2 #3 мимо проходил 03.06.2019 10:22
Уверен, что и лабораторные светодиодные лампы имели световой поток в разы меньше чем сейчас. А то что с технологией обогнали - это очень радует. Значит работают еще институты и не все кадры разъехались по америкам!
Цитировать
0 #2 Евгений 03.06.2019 06:46
МФТИ готовят революцию ?

Пощитаем:
Сколько ЛМ имеем с одного ВТ эл.энергии.
Лампа МФТИ 250лм/5,5вт =45,5 лм/вт.
Лампа накальвания =13-15 лм/вт.
Лампа ДРЛ-250 =48 лм/вт.
Лампа Светодиодная =80-140 лм/вт.

Пощитаем ещё:
Цена покупки одного люмена
Лампа МФТИ ? =? р/лм
Лампа накальвания =
Лампа ДРЛ-250 =0,48 р/лм
Лампа Светодиодная =0,40-0,2 р/лм

Учитовая ультрафиолетовый спектр делайте выводы.
Цитировать
0 #1 Фадеев Александр Вас 03.06.2019 05:48
Уже и не верится,что промышленность российская когда-нибудь поднимется за счет своих технологий. ;-)
Цитировать

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

В МФТИ разработан быстрый способ поиска …

Российские ученые выявили новый перспективный класс антибиотиков. Изучив более 125 тысяч молекул, гр...

"Кросс нации" - в Дубне

21 сентября в Дубне пройдет Московский областной этап Всероссийского дня бега «Кросс нации ...

Краснокнижные птицы, насекомые и растени…

17 сентября на заседании Правительства Московской области было одобрено создание особо охраняемой пр...

Зачем жители приходят на прием к главе Д…

Очередной прием граждан главой Дубны М.Н.Даниловым прошел 17 сентября. Волнут жителей Дубны проблемы...

Знакомство с "Тензором" – в па…

С яркими страницами истории приборного завода «Тензор» могли ознакомиться жители и гости подмосковно...

Реклама

Новости бизнеса

Делу – время, потехе – час

Напряженная рабочая неделя подходила к концу. Еще каких то п...

«Тензор»: перспективные цели

На очередном заседании Совета директоров АО «ТЕНЗОР», которо...

Почти 1,5 млрд рублей привлекут в регион новые рез…

Шесть компаний с инвестициями почти в 1,5 млрд рублей и наме...

Дубненским предприятиям и предпринимателям предлож…

Уважаемые жители города! Сообщаем вам, что в рамках нац...

О поддержке предпринимателей в сфере спорта

Министерство инвестиций и инноваций Московской области реали...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться