РадиоЛоцман - Все об электронике

Лампочка Шешина будет конкурировать со светодиодами

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.

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

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).

Схема устройства лампочки
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.

Михаил Данилкин из ФИАН уточняет:«Есть отрасли, из которых ртутные лампы будут вытесняться крайне медленно и неохотно - например, водоподготовка и водоочистка, дезинфекция воздуха. Но в медицине - это другое дело, поскольку проблема утилизации ртутных ламп отдельными медицинскими учреждениями до конца так и не решена, а требования по экологической безопасности всё ужесточаются. Так, катодолюминесцентные лампы можно использовать для обеззараживания операционных, для проведения процедур по облучению ультрафиолетом горла и миндалин, а также для отверждения пломб у стоматологов».

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.

Модуль катодного модулятора
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).

Лабораторные прототипы катодолюминесцентных лампочек
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. 

mipt.ru

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Если бы это было реально, то они бы в первую очередь ещё в восьмидесятых кинескоп приличный создали. А так вменяемые кинескопы приходилось из-за рубежа завозить. Главной проблемой "советской" лампочки будет опять деградация катода.
  • Ну вот если честно... Сколько уже говорят об экономичных светодиодных лампочках ?!? А об их неограниченном сроке службы?!? Пока что я вижу полное ГЭ - пусть это фирменный Филипс, или обычный китай - максимум работы где-то 4-5 месяцев, а после или светодиоды горят потому что драйвер в разнос идёт, или просто драйвер в разнос идёт, а светодиоды можно куды-нить ещё применить. А светят то как красиво - так и хочется взять нормальную лампу накаливания вместо этого невминяемого белого цвета - что собственно лично я и делаю - никаких светодиодных подЪё..к... И это только об низковольтном светоизлучении... А об высоковольтном, в смысле ШИМ контроллеры с повышающими трансформаторами, и тому подобное: Мне лично пока что хватает АС-DC блоков питания, наподобие зарядок для калькуляторов (смартфонов) или что-то наподобие: HLK-PM12, или "https://ru.aliexpress.com/item/32835554243.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.274233edfQai0f"... В общем, как говорится: хочешь нагадить другим, и потерять клиентов - поставь импульсный БП, а хочешь долгой и надёжной работы - поставь THAI LIN TL30D-090-155, или аналогичный... С этими высоковольтными лампами будет тоже самое: собственного производства будет стоить как минский горисполком (трутней) зарплатой обеспечить на ближайшие несколько тысяч лет, а китайского производства: это собственно наша зарплата после отчислений трутням из минского горисполкома, но работать будет неделю...
  • В принципе это не проблема - делать в Китае, все развитые страны производство размещают там, самое главное -контроль качества продукции, чтобы были свои представители заказчика, но наши я так понимаю даже этим не напрягаются. Зато накрутить можно 1000%, а про нормальный бренд сейчас вообще мало кто знает, тот же Philips может попасться такой, что хуже китайского ноунэйм. А если какойто нормальный бренд (отечественный) и появится, тот следом появятся ребята в погонах/с ксивами и попросят процентик с бизнеса, да или просто его отожмут. Потом всех инженеров заменят "своими" людьми с высокими зарплатами и в итоге цены взлетят до небес (как в Вашем случае с горисполкомом -че правда такие еще есть?) а качество упадет ниже плинтуса.
  • Удивительный гибрид ЭЛТ + светильник. А что, может быть, когда-нибудь и будет толк. Ведь тысячелетиями люди видели, как пушинки притягиваются к янтарному веретену и считали это забавой и помехой. Ан вот что из ентова получилось: мы запросто переписываемся и даже переругиваемся...
  • Не был, мне достаточно сборки эл. шкафов для пищевых линий, допустим для молочных, их запуск, наладка. В зависимости от производительности линии лампы на 250, 500 Вт мощностью. Повторюсь - в данной статье идет вопрос о напряжениях, а не о мощности. Еще 1 интересный вопрос - светодиоды УФ не применяют сегодня в медицине, причина простая - не изобрели, просвет денег, фитнес, загары и не более. Удостоверится - смотрите купить бактерицидные светодиоды, до вас лохотрон де доходит - звоните продавцу и получаете отказ в связи с отсутствием товара вообще. И повторюсь еще раз, если кто помнит напряжение кинескопа 10 -24000 вольт, как я уже писал - для пищевой промышленности это проблема, в том числе и в стоимости этих ламп.
  • а я лично, только таким невменяемым белым светом и освещаю рабочее место - при теплом свете с очками работать надо, а при белом контраст отличный. а насчет срока службы - самая долгая работа светодиодной лампы - скоро 8 лет. но она работает с редкими включения выключениями, когда свет отключается из-за аварии или из-за ремонта. всегда включена: 220 вольт 2.7 ватт, потери яркости на глаз не заметно. чистопородный дядя сяо. покупал специально для наблюдения и сравнения с энергосберегайкой. светодиод пока выиграл, на обычную лампу вернусь только если заставят. для комнатного освещения делаю комбинацию на две лампы теплого света ставлю одну - холодного. естественно лампы одинаковой мощности при расчетах. так что на вкус и цвет у каждого свой фломастер.
  • Интересно какой приблизительно выход (КПД) этой лампочки, а то вот Никия уже 280нм светодиод начинает делать: https://www.rlocman.ru/news/new.html?di=589469 У лампы видится одно важное преимущество - она будет дешевле таких специфических светодиодов аналогичной мощности.
  • Вам повезло, а у меня на работе электрики эти невминяемые пачками каждый месяц меняют. Вот фото, здесь очень хорошо видно - какие выгорели.. Не очень хорошо видно конечно на фото, да и сайт не позволяет файлы нормального качества загружать, но я думаю по виду светодиода (когда рабочий - это точка в центре, а нерабочий - это всё остальное... Да разберётесь в "качественном" продукте...
  • Забыл сказать ! На матрице представленной на фото рабочих светодиодов не больше 10 штук. А с учётом, что если будете ремонтировать: Во первых - подгоревшие светодиоды когда-нибудь всё-таки сгорят !!!!! Во вторых: будете менять на другие: Дык ток разный - эти подгоревшие догорят, а т.к. подключены последовательно в цепи, то в общем - лампа так и не будет работать...
  • ну для ремонта можно взять несколько сгоревших матриц и согнать все на одну. будут однотипные. имея несколько неисправных матриц можно проанализировать какие светики вышли из строя. панелей у меня пока мало. а вот с ламп с цоколем Е27 имеется достаточное количество.как правило на лампах одного производителя и одного типа. выходят одни и те же светодиоды. смею предположить, что проблема в перегреве, а следовательно проблема в радиаторе, ну и драйвер - стабилизатор тока - тоже надо чтобы был хороший. а это вопрос цены. всем хочется подешевле. ну а надо бы для производства - понадежнее. лампы светодиодные я ремонтирую только из чисто спортивного интереса, суть в том - смогу разобраться в схеме драйвера и логике его работы или нет. сгоревшую лампу я меняю сразу и попыток с экономить на замене отремонтированной лампой не делаю - оно так дешевле получается
  • А Вы то сами пробовали перепаять светодиод на матрице, которая находится на алюминиевой пластине - пластик светодиода расплавится, а пластина как была холодная (услловно) так и осталась....
  • конечно паяю. для этого существуют паяльники не только с медным жалом. но и с подачей горячего воздуха и регулировкой температуры. а если вы паяли такие светодиоды, то должны были заметить, что температура припоя какая то низкая у них. и жало не надо до 230 градусов разогревать. достаточно до 100 нагреть и все паяется. там припой - сплав розе, кипящей водой полить и все отвалится. ну если вы чистым оловом паяете, то тогда да. паяльную лампу и молоток с кислотой в руки...поинтересуйтесь, что такое предварительный нагрев печатной платы...
  • Ну тогда знаете, что овчинка выделки не стоит...
  • Вообще-то я про паяльную станцию и говорил: "пластик светодиода расплавится, а пластина как была холодная (услловно) так и осталась...." Моими 25 Ватными паяльниками там ваапче делать нету чего, из них самый крутой как раз тот, который с регулировкой, который ближе ко мне...
  • Блин, кто сайт держит ?!? Чтобы фотку добавить нужно отдельное окно, предварительного просмотра нету... Динозавры уже 50 тонн лет назад калькуляторами (смартфонами) пользовались, а мы тут фотки урезаем... Да уж, похоже не удастся мне фотку объёмом, 1,7 МБ выложить - при сохранении окна она мелькает снизу, а после - жопа!
  • Опять "сплав розе"... Никогда не пользовался, да и смысл: свои платы стараюсь оставлять по максимуму в "медном" виде, а "говно" ремонтировать типа этих китайских ламп... Дык скажешь - 5 условных единиц только за работу, ессно в цену запчастей (светодиодов) добавлю и цену припоя и канифоли... А мне в ответ: - так лампа куплена на гос. деньги, она полгода проработала, а больше на это говнеццо никто гарантию не даёт... Типа - проще купить новую, чем восстанавливать ту, которая должна минимум 10'000 часов отработать... А ведь проблем то вроде не должно быть: убираем ШИМ китайску микросхему, добавляем качественный кондёр на 0,1 мкф (зависит от кучи последовательно включённых светодиодов), резистор для его разрядки - и почти вечная схема и вечный прибор (сколько там p-n переход светодиода выдержит часов наработки... ). У меня устройства на Пик мк в действующих котельных, при максимуме помех работают с 2005 года, народ радуется, проблем нету... Правда вместо ШИМ в БП стоит старый добрый транс...
  • Честно говоря не помню такой роскоши, они и по оптовым ценам под стоимость лампочек.
  • А стоимость лампочек - это больше чем стоимость покупки названия лампочек ??? Я просто в маркетинге слабо разбираюсь... Возможно заниженная стоимость лампочки ОЧЕНЬ сильно превосходит её физические возможности... НЕ ?!?...
  • Неправильно сказал - Микрочип знает цену своих процев, остальное по факту... Будут аналоги или лучше от Росс/Бел - буду только рад...
  • Мне просто не попадалась "такая роскошь", как светодиодка на однокристалке! Какие то по спец. применению, параметрам? На них можно соорудить прекрасные лампочки с мягким свечением.
Полный вариант обсуждения »