Ученые из филиала Массачусетского технологического института в Кембридже (Великобритания) во главе с Огненом Иличем (Ognjen Ilic), Марин Солячич (Marin Soljačić) и Джоном Джаннопулосом (John Joannopoulos) сумели добиться увеличения эффективности свечения ламп накаливания с применением сложного материала под названием фотонный кристалл. Уникальная технология позволяет преобразовывать часть инфракрасного излучения в видимый свет, что значительно увеличивает яркость свечения при той же мощности. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, а основное содержание работы представляет Science.
Традиционные лампы накаливания во многих странах были сняты с производства за низкую энергоэффективность. Действительно, в «лампочке Ильича» лишь 2% потребляемой энергии тратилось на видимый свет, остальная мощность уходила на выработку теплового (инфракрасного) излучения.
Альтернативные технологии, например, компактная люминесцентная лампа имеет сравнительно лучшие показатели в этом отношении — 7–13%. А энергоэффективность LED-светильников колеблется в пределах 5–15%. Но у них другой недостаток: от такой лампы сложно добиться теплого белого света, который приятен глазу и нравится многим.
Эксперименты по созданию фотонных кристаллов ученые начали с листа стекла толщиной 1 мм, в котором чередовались 90 слоев оксида титана и диоксида кремния. Такой состав был выбран потому, что такое «зеркало» отражает только ИК-излучение, но не фотоны видимого света.
Используя специальные расчеты, инженеры преобразовали традиционную вольфрамовую спираль. Они превратили металл в тонкую ленту и сложили ее своеобразной гармошкой, так, что электроны по-прежнему сталкивались с высоким сопротивлением. Вместе с тем расширенная площадь светящегося элемента позволяет ему эффективнее поглощать больше ИК-излучения, отраженного фотонными кристаллами.
Ученые оснастили лампу с листообразным вольфрамом фотонными кристаллами, благодаря которым большинство ИК-фотонов было поглощено вторично и преобразовано. В результате этого светимость лампы достигла 6,6%, что в три раза выше, чем у привычных ламп накаливания. Такой показатель сопоставим лишь с самым низким показателем флуоресцентных ламп и светодиодов.
Однако ученые возлагают на новый принцип большие надежды. «Это хороший первый шаг. Я думаю, что они смогут усовершенствовать свое изобретение», — сказал Алехандро Родригес (Alejandro Rodriguez), инженер-электрик и специалист по фотонным кристаллам из Пристонского университета (США). А сами ученые считают, что в будущем КПД ламп накаливания удастся повысить до 40%, что значительно превосходит показатели самых современных LED-светильников.
Ранее портал Научная Россия писал о том, что работа со ртутью при производстве энергосберегающих лампа станет безопаснее.
