• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.04.2023
Даниил Сухинов
52
45 951

Ученые переизобрели лампу накаливания

6.5

Обширная группа ученых-материаловедов и инженеров из Китая решила по-новому взглянуть на давно привычные всем лампы накаливания. Благодаря использованию новых материалов им удалось переизобрести лампочку и создать свое «устройство освещения накаливания с рециркуляцией фотонов» с увеличенными энергоэффективностью и сроком службы. Полученные устройства превосходят по этим свойствам светодиодные лампы, при этом сохраняя традиционное комфортное для глаза свечение ламп накаливания.

Престиж
Кадр из фильма «Престиж» / © Warner Bros. Pictures / Автор: Godefridus Victorinus

Всего на освещение приходится примерно 20% мирового потребления электроэнергии и более 10% выбросов углерода. С этим связано всеобщее стремление к повышению энергоэффективности систем освещения и переходу от традиционных ламп накаливания к более эффективным (более чем в семь раз) и долговечным (более чем в 10 раз) системам освещения на основе лазерных и светодиодов. Они работают за счет принципа электролюминесценции — испускания фотонов материалом при прохождении через него электрического тока. 

Несмотря на кажущееся удобство, переход на новые системы освещения не обошелся безболезненно: светодиодные лампы не обеспечивают такой же высокой точности цветопередачи, что и лампы накаливания. Кроме того, для расширения полосы излучения в видимом диапазоне в светодиодах используются специальные фосфоресцирующие понижающие преобразователи. Это приводит к дополнительному выделению тепла и вводит компромисс между эффективностью и точностью цветопередачи, и выбор зачастую не на стороне последнего.

Лампы накаливания, в свою очередь, имеют непрерывный полный спектр в видимом диапазоне, обеспечивая комфортное для человека освещение. Поэтому ученые из Китая предложили и экспериментально реализовали новое устройство, использующее все тот же принцип накаливания материала электрическим током для испускания фотонов, что и традиционные лампочки. Свою разработку авторы назвали «устройство освещения накаливания с рециркуляцией фотонов» (PRILD), детальное описание которого они приводят в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

PRILD
(A) Схема устройства PRILD; (B) Схема ключевых компонентов PRILD; (C) Экспериментально измеренная отражательная способность керамического корундового резонатора; (D) Экспериментально измеренная излучательная способность белого излучателя; (E) Экспериментально измеренная излучательная способность черного эмиттера; (F) Желаемые оптические свойства идеального кварцевого окна: высокий коэффициент пропускания в видимом диапазоне и высокий коэффициент отражения в инфракрасном диапазоне. Также показаны спектры фотопической функции светимости (кривая чувствительности человеческого глаза) и интенсивности излучения абсолютно черного тела при 3000 К.

Первым делом ученые заменили центральную часть лампы — нить накала. Вместо стандартной вольфрамовой нити авторы предложили использовать собственную разработку — термоэмиттер Янус (Janus), двухслойную цельнокерамическую полосу из углеродных нанотрубок (черный излучатель) и гексагонального нитрида бора (белый излучатель). Далее они заменили стеклянную колбу с инертным газом на керамический корундовый резонатор. Под черным излучателем в вырезе резонатора расположено кварцевое окно со специальным фильтром, пропускающим видимое и отражающим инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.

Упомянутая в названии устройства схема рециркуляции фотонов работает следующим образом. Белый излучатель отсекает поток энергии внутрь устройства из-за низкой излучательной способности в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах и вкупе с резонатором, хорошо отражающим широкий спектр фотонов, образует внутренний круг рециркуляции фотонов, подавляя потери на рассеяние энергии в полости устройства. Изготовленный из углеродных нанотрубок черный эмиттер имеет коэффициент излучения, близкий к единице, в видимом и инфракрасном диапазонах. 

И, наконец, кварцевое окно пропускает только полный видимый спектр, отражая ультрафиолетовое и инфракрасное излучения обратно в резонатор, которое затем поглощается черным излучателем. Спроектированное и изготовленное устройство имеет КПД больше 25%, эффективность — примерно в полтора раза выше, а срок службы — более чем в три раза, чем у светодиодных ламп. При этом новые устройства накаливания сохраняют высокую точность цветопередачи и комфортное для человеческого глаза свечение, что и уже устаревшие лампы накаливания.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:04
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

Вчера, 11:27
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

10 часов назад
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

Позавчера, 14:04
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

52 Комментариев

-
0
+
Молодцы китайцы но есть одно маленькое но если им светодиод заказали то эти нЭт.
-
0
+
Помнится много лет назад когда тема цветовой температуры была мне интересна а энергосберегающие лампочки только начали появляться я вычитал объяснение тому факту что якобы близкие к солнечному 6000-7000К на деле дают мертвенно-синий свет в обычной квартире. Все дело в недостаточной яркости домашних источников и особенностях человеческого зрения. Из-за которых свет 4000-5000К выглядит ближе к белому. Статью сейчас не найду да и смысл. Поставил себе комфортные 4000К и успокоился. Кстати с возрастом глаз все больше смещается в желтую часть спектра так что к пенсии мне может быть тоже захочется чего посинее.
Михайло
06.06.2023
-
1
+
Я уже давно убедился, что эти ученые создают не то, что нужно потребителям, а то, что выгодно кому-то для бесконечного выкачивания бабок из потребителей. Они никак не могут в лампах поставить наконец светодиоды на достаточные радиаторы, потому, что такая лампа будет вечной, потому она не выгодна производителям. Они уже более долговечные лампы изобретают...
    Михайло, так точно, даже, если удалите матовое стекло, и проводите измерения - получите в двойное более большой свет, но нет, надо нагревается там диоды, чтобы лампочка более быстро уходила из строя
dihotom
20.04.2023
-
1
+
Будем ждать, пока кто-нибудь из депутатов не приобретет заводик по производству этих ламп. Тогда сразу обязуют и по ПУЭ, и по СанПиНу, и по СНиП..
Алексей
18.04.2023
-
0
+
Никакой электролюминесцентнсти в светодиодах нет, там рекомбинация электронов с дырками идет, дырка электрон один фотон
Люминофорное освещение вредное. Исследую 3 года светодиодные лампы с !! Внимание - 97% Ra !!! Да, в начале прикольно светят, потом понимашь, что галоген безальтернативный. И совсем другое дело RGB светодиоды - у них нет люминофор. И лучше даже 2 маслянних сетильника - достаточно для пищи, чтоб увидеть, если не надо сильны свет, а фон. А для короткого времени работы, и что то найти, и светодиодные понадобятся. Да, важно знать физические параметры, как культура для основы и ориентация, но практика решающая - люминофорное освещение - в МУСОРЬ.
    -
    0
    +
    Какими методами исследуете?)) Очень интересно!
    +
      ещё комментарии
      Игорь, чисто практически - влияние на утомлённости, психофизиологического комфорта, медитативное целенаправленное восприятие, сравнивание с естественными источниками света. Но результаты иногда не приходят сразу. И надо многократное подтверждение на них. Эта система не известна в научных кругах, и брендов в принципе. Многократное подтверждение на длительный период исследования. Они просто берут колличество людей, вместе, и спрашивают на момент. Это грубая, и драматическая ошибка, указывающая на неграмотность на мировозрение. Они просто хотят, чтобы какая то стрелка, какая то цифра укажет результат на момент. Это базовая безграмотность "учёных"!!! И это в научных кругах!!! Вот например, зажигаем светильник, и попробуем с диммер дополнять фоновое освещение с галогенной лампы. И что оказывается - цветовая температура на освещение не надо превышать эта на светильника. Глупо рассчитывать на аппаратуру, потому что она просто глупая. Но для первоначальной ориентировки обязательная, а можно и без неё - просто брать характеристики, если они объявленные. Просто делаете экспериментальная постановка, и не ждать быстры результат.
    разве в RGB светодиодах нет люминофора?
    +
      ещё комментарии
Где то читал, что нормальные лапочки были сто лет назад - горели долго!
-
1
+
На счёт срока службы не скажу, но эффективность точно не выше нормального и тем более хорошего светодиодного. Идеальный 100% (теортитический естественно) источник видимого света полного спектра имеет эффективность 330-380 Лм/Вт (в зависимости от разных ухищрений что считать полным видимым спектром). Так вот. Светодиоды даже хреновенькие имеют еффективность от 80 Лм/Вт до хороших на уровне 130-150 Лм/Вт. .Т.е. КПД от 25 до 40%. И это уже то что выпускается массово. А тут в теории всего 25. Так что не лучше светодиодов они. И ещё вопрос смогут ли такие лампы работать без хитрой электроники. Все светодиоды, люминесцентные и прочие требуют электроники.
Joe Noname
14.04.2023
-
1
+
Молодцы китайцы. А мы все новые сорта самогона изобретаем.
-
1
+
Кварц, корунд, углеродные нанотрубки. Что-то мне кажется, дорогонько обойдется эта теплая ламповая идиллия. Массовое произ-во скорее всего не налажено, штучные экземпляры. Ну да, светодиоды не фонтан, но можно подобрать боле-мене приемлемые с температурой 6500, вроде глаз привыкает. И ремонтировать светодиоды можно самому, кстати.
    Dron N
    14.04.2023
    -
    5
    +
    6500 это же мерзко холодный и вредный цвет. Потом ночью не уснёшь. Светодиодные беру в районе 3500K. Вряд ли это реальные 3500K, но намного больше похожи на естественное солнечное освещение, которое около 5000K.
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      Я вот всегда очень хотел услышать АРГУМЕНТЫ в пользу того, что 6500 К от СД - это ВРЕДНЫЙ свет)) Особенно в свете того (каламбурчик), что температура поверхности солнца порядка 6000 К...
        А после прохода через атмосферу каким становится свет? Явно теплеет. Вон, на закате, проходя через толстый слой атмосферы, вообще красным становится.
          -
          0
          +
          Для начала вам бы неплохо понять, что такое "температура света"? Т.е. пропустив свет через любой цветной фильтр мы резко меняем его свойства? Впрочем, я так и не услышал доказательств "вреда"...)
        Dron N
        14.04.2023
        -
        0
        +
        Доказательство - эксперименты, исследования. Их достаточно было проведено. Под влиянием синего света уровень мелатонина в организме понижается. Ваши эксперименты демонстрируют обратное?
          -
          0
          +
          Ссылочку на эксперименты, плиз! Там в процессе засыпания слишком много факторов, чтобы уповать лишь на свет. Нормальный эксперимент сравнил бы уровень мелатонина через 10-20 минут после полного выключения света...
        a3 a4
        17.04.2023
        -
        0
        +
        "Эффективная температура поверхности Солнца 5772 К (рассчитывается из закона Стефана-Больцмана). Коррелированная цветовая температура (КЦТ) - это температура, до которой нужно нагреть абсолютно чёрное тело, чтобы оно стало иметь такую же цветность, как и данный источник света. КЦТ света от Солнца в космосе 5923 К (рассчитывается из ASTM E490-00a). Но атмосфера рассеивает короткие волны. Поэтому КЦТ света от Солнца у поверхности Земли в ясный летний день несколько ниже - 5200-5400 К. КЦТ белой точки 5455 К (когда в цветовом пространстве МКО 1931 x = y = z = 1/3)." (с) Михаил Ланских, утащено из обсуждения ламп remez sunlike на озон.ру.
          -
          0
          +
          Рад, что вы запомнили школьное определение) Возможно, вы даже в курсе того, что человеческий глаз не производит полноспектрального анализа, а оценивает сигнал по 3 точкам согласно трем видам колбочек
            a3 a4
            18.04.2023
            -
            0
            +
            Но к вечеру температура освещения понижается (как солнечного, так и пещерного, факельно-кострового). Я дома основной свет сделал 3500K светодиодами Luminus SST-20-W35H-A120-... https://pic.mysku-st.ru/uploads/pictures/03/73/78/2021/02/24/7054e7.jpg (статью не опубликовали)
              -
              0
              +
              Не совсем понятно, к чему был ваш комментарий... Я написал о том, что глаз оценивает свет не по всему спектру, а по интенсивности в 3 точках спектра. Кстати, свет от пламени по спектру не сплошной, как от черного тела (солнца), а линейчатый. Но для малограмотного электората, чем древней, тем "натуральнее"...)
                Dmitry Zdhanovich
                20.04.2023
                -
                1
                +
                Судя по вашему постоянному сарказму вы просто решили построить из себя такого умненького))) который что-то якобы знает, задает вопросики и смотрит совпадет ответ с "эталонным" в вашей голове или нет))). Мальчик вырос, а синдром школоты так и не прошел)))
                -
                0
                +
                Знаете, мне абсолютно неинтересны ваши глупые фантазии по поводу того, что я решил и что я думаю. Я привык дискутировать при помощи фактов и цифр. Я вижу, что у вас нет ни того, ни другого. Посему сберегите мое и свое время, избавьте меня от потока вашего сознания...)
                Dmitry Zdhanovich
                20.04.2023
                -
                1
                +
                Да да)) маленький мальчик. Как обычно в кусты.) В ваших сообщениях нет ни фактов ни цифр, ни тем более диалога)) вы либо пренебрежительно высказываетесь о написанном, без ФАКТОВ, без ЦИФР, либо требуете вам что-то предоставить (а вы собственно кто такой?). Такие "диалоги" показатель закомплексованности и болезнеенного ЧСВ)) Я тоже не увидел в вас ничего)) просто очередной инттернет-зазнайка)
      -
      0
      +
      6500 это же мерзко холодный и вредный цвет.
      ну не знаю, я за 10 лет этой эпопеи с ОЛЕД и светодиодами перепробовал реально все, что попадалось под руку, все температуры, все мощности, все китайские фирмы, и в конце концов остановился именно на 6500 и 10 вт - на мой глаз, самое то. И достаточно ярко, и не режет глаз неестественностью. Правда, близорук, -3. За все время экспериментов я понял, что вот эти определения - "холодный", "теплый", они ничего не дают и реально свет ОЛЕД ощущается совсем по другому.
Вспоминаю ссср и вспоминаю е лампы тусклые, жёлтые при таком освещении было постоянное желание повеситься. Даже сейесли вижу такую лампу вспоминается та тоска и безнадега.... Чего бы я точно не хотел так это возвращения к тем лампам. Плевал я на полноту спектра, мне нравится яркий белый,светодиодный.
    -
    0
    +
    Есть много любителей старины и противников всего нового) Которые к тому же считают, что СД-лампы не искажают цветопередачу (что отчасти правда), а прямо-таки каким-то загадочным образом вредят глазам (что естественно полная чушь). В совке и достаточно яркие люминесцентные лампы давали достаточно мертвенный свет, да еще и зачастую мерцали. Так что лучше уж СД.
    +
      ещё комментарии
    Affidavit Donda
    14.04.2023
    -
    0
    +
    Есть филаментные лампы. Подороже простых светодиодных, зато свет вполне себе приятного градуса.
    У меня 150 - 200 ваттные лампы светили, не мог на тусклость жаловаться)) Да и с яркостью всё норм было. Это экономили, 40-60 ватт вкручивали, это конечно мрак)
    +
      ещё комментарии
    Так ставить надо было сотки, а не сороковки и тогда нормально со светом все было бы.
    -
    0
    +
    И художникам и рукоделам белый свет нужен — чтобы цвета нормально подбирать, в жёлтом ничё не понятно. Окрашенный свет по-любому визуально делает сочнее и ярче родственные цвета и гасит (делает серее) комплиментарные, какая бы там ни была полнота спектра.
что-то очень круто описано