Чи-Чоу Лин (Chi-Chou Lin), аспирант из Техасского университета A&M (Texas A&M University), работавший под руководством профессора Ю Куо (Yue Kuo), разработал и изготовил опытные образцы новых твердотельных светоизлучающих приборов, принцип работы которых практически не отличается от принципа работы классической лампы накаливания. Как и лампочка, твердотельное устройство работает, нагревая нити до такой температуры, что они начинают излучать яркий свет, исключение составляет то, что нити этих микролампочек имеют диаметр от 20 до 150 нанометров, а сами такие лампочки могут изготавливаться при помощи обычных технологий изготовления полупроводниковых устройств.
"Если говорить простыми словами - мы создали твердотельный вариант лампочки накаливания Эдисона" - рассказывает профессор Ю Куо, - "Только наша микролампочка более долговечна и способна проработать в непрерывном режиме минимум 7 тысяч часов".
Созданное светоизлучающее устройство получило название "solid-state incandescent LED", только аббревиатура LED в данном случае не означает, что это какая-то из разновидностей светодиодов. По сути, устройство представляет собой полупроводниковый МОП-конденсатор, состоящий из диэлектрического слоя аморфного материала, расположенного между металлическим электродом и электродом из полупроводникового кремния р-типа. Излучаемый свет проходит наружу через тонкий слой верхнего электрода, изготовленного из прозрачного материала типа оксида олова-индия.
Для того, чтобы данная структура начала излучать свет, к двум электродам прикладывается достаточно высокое электрическое напряжение, способное преодолеть сопротивление диэлектрического материала. Это становится причиной появления множества крошечных токопроводящих каналов электрического пробоя, нитей, через которые течет электрический ток. Из-за относительно малого электрического сопротивления эти нити нагреваются, превращаясь в точечный источник света высокой яркости. Как и любая лампа накаливания, твердотельное устройство излучает белый свет, имеющий широкий спектральный диапазон.
Следует отметить, что Куо и Лин работали над своей микроскопической лампой накаливания с 2011 года. За все это время ими было опробовано множество вариантов комбинаций материалов электродов и диэлектрика, таких, как окись вольфрама и окись гафния. И лишь недавно им удалось найти комбинацию, которая начала работать, демонстрируя неплохие показатели. Поскольку такие светоизлучающие устройства могут быть изготовлены из широкодоступных материалов и при помощи обычных технологий производства, они могут стать альтернативой светодиодам в осветительных источниках света, в некоторых областях оптических коммуникаций и т.п.
Но, как это бывает очень часто, одну большую бочку меда всегда портит одна маленькая ложка дегтя. И в качестве ложки дегтя в данном случае выступает крайне низкая эффективность микроскопической лампы накаливания. В ходе экспериментов с опытными образцами исследователи установили, что в свет преобразуется всего один процент от количества энергии, подаваемой в устройство. Но ученые считают, что несовершенство использованного метода измерений стало причиной того, что большая часть излучаемого света была ими "потеряна", а эффективность их "лампочки" составляет не менее 10 процентов, что сопоставимо с эффективностью обычных ламп накаливания.
Но у твердотельной лампочки имеется одно существенное отличие от обычных ламп накаливания. Обычные лампы преобразуют около 90 процентов энергии в энергию инфракрасного теплового излучения, твердотельная же лампочка демонстрирует максимальную эффективность именно в области видимого света. Но, в любом случае, о практическом применении таких светоизлучающих устройств говорить слишком рано, ведь они по эффективности проигрывают светодиодам и твердотельным лазерам с огромным разрывом, который вряд ли сможет сократиться в ближайшем времени.
Статус: |
Группа: Посетители
публикаций 0
комментария 4082
Рейтинг поста:
выигрыш энергоэффективных источников освещения становится не столь значительным, когда речь заходит о спектре излучения. "теплый" или "холодный", "естесственный" или окрашенный, их свет не сравним с солнечным или светом раскаленного металла, что почти одно и тоже.
сплошной спектр излучения Солнца охватывает диапазон, перекрывающий полосу чувствительности человеческого глаза. и хотя восприятие цвета в человеческом глазе реализовано через "смешивание" трех основных цветов, еще никто не доказал, что клетки сетчатки регистрируют только их фиксированные частоты. именно поэтому ни один зрячий человек не спутает записанное или синтезированное изображение с естесственным, особенно если получит возможность видеть их одновременно.
энергоэффективные источники с набором узких спектров, маскирующих их основной недостаток, имеют характерный негативный эффект - если что-то в их свете видно плохо, то увеличение интенсивности освещения не улучшает видимость. в самом деле, если освещаемый объект не дает отклика в некотором диапазоне спектра, то увеличение потока в других диапазонах никак не поможет делу. хорошо хоть встречается такой эффект не часто, а то при общем ярком свете отдельные детали предметов просто выпадали бы из видимости. как пропадают, например, некоторые цвета при освещении светодиодными лампами.
глаз человека адаптирован к сплошному спектру и само зрение сформировалось именно потому, что ничего не ускользало от внимания смотрящего при освещении сплошным спектром. если бы спектр Солнца был узким или полосатым, то боюсь, эволюция выбрала бы другой принцип получения информации об окружающей среде для животного мира планеты. т.ч. энергоэффективные источники света с несплошным спектром несомненно хороши, но не универсальны. их основная область применения - автономные источники света, когда хоть какое-то освещение все же лучше полной темноты, а количество энергии весьма ограничено.