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发明新的低功耗灯泡，或将挑战LED灯地位！美日

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来自莫斯科物理技术研究所和俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所的研究人员，设计并测试了一种用于普通照明的阴极发光灯原型。这种新型灯具依赖于场发射现象，比全球同类产品更可靠、更耐用、更明亮，这项研究成果发表在《真空科学与技术B》上。虽然LED灯已经变得很普遍，但它们并不是白炽灯唯一清洁节能替代品。自上世纪80年代以来，世界各地的工程师一直在研究所谓的阴极发光灯，将其作为普通照明的另一种选择。

如图所示，这种灯的原理与电视阴极射线管相同：真空管一端的负电荷电极或阴极充当电子枪。高达1万伏特的电位差会使发射出的电子加速，向管另一端带正电的平面正电荷磷化膜电极(阳极)移动，电子轰击产生光。阴极发光灯的优点是几乎可以发射任何波长的光，从红色到紫外线，这取决于使用哪种荧光材料。根据《水俣公约》(Minamata?Convention)禁止家用电器使用汞，新型紫外线灯泡将是一个特别及时的发展。

《水俣公约》是由128个国家签署的联合国条约，在其他产品中，该禁令针对的是广泛用于温室照明和其他应用的紫外荧光管。阴极发光紫外线灯泡不含汞，一般在使用和处理时更清洁。俄罗斯RAS列别捷夫物理研究所的Mikhail?Danilkin说：例如，一些使用水银灯进行水处理和空气消毒的行业将非常缓慢，不愿逐步淘汰它们。但药物是不同的，因为个人医疗设施的汞灯处理问题还没有得到解决，而环境标准正变得越来越严格。

阴极射线管可用于手术室消毒、咽喉、扁桃体紫外线照射、牙体充填治疗等。与led和荧光灯相比，这种新型灯具的另一个重要优势是它不依赖所谓的关键原材料。这些元素包括镓、铟和一些稀土元素。虽然它们的供应有限，但这些材料在卫生、国防、航空航天等关键行业中必不可少，是不可替代的。美国曾尝试大规模生产商用阴极发光灯泡，但消费者并不接受这种设备，主要是因为它体积庞大，需要几秒钟时间才能将阴极加热到工作温度。

同样，旧电视机在短暂的延迟后开始显示图像。不过，有些阴极不需要预热，它们是场致发射阴极，因为它们依赖于场致发射现象。它包括一个冷阴极在静电场下单独发射电子，由于隧穿。然而，设计一种高效、持久、技术先进、可大规模生产并以可负担得起价格销售的阴极被证明具有挑战性。尽管日本和美国一直在努力，现在俄罗斯研究标志着这方面的首次成功尝试。领导该研究小组的MIPT真空电子学副主席Evgenii?Sheshin教授说：我们的场发射阴极是由普通碳制成。

但这种碳不仅用作化学物质，而且用作一种结构，找到了一种用碳纤维制成的结构的方法，这种结构可以抵抗离子轰击，输出高发射电流，技术含量高，生产成本低廉。这项技术是我们的专有技术，世界上没有其他人拥有它。通过对碳进行特殊处理，许多亚微米的突起(小于百万分之一米的尺寸)在阴极的顶端形成)，这就导致了阴极顶端的超高电场，将电子驱逐到真空中。MIPT研究小组还为阴极荧光灯开发了一种小型电源，为成功的场电子发射提供了足够的千伏电压。

光源安装在玻璃灯泡周围，几乎不影响其大小。根据样机试验和该灯的技术特点，这些数据表明，如果大规模生产，新的阴极发光灯泡可以与基于发光二极管的廉价灯泡竞争。这种新灯泡还将有助于淘汰含有汞的危险荧光灯，目前许多家庭仍在使用这种荧光灯。不像LED灯泡，这种灯不怕高温，可以在二极管快速褪色的地方使用它，比如天花板上的射灯，因为那里没有足够的冷却温度。

博科园｜研究/来自：莫斯科物理科学与技术学院参考期刊《科学与技术杂志B》DOI:?10.1116/1.5070108博科园｜科学、科技、科研、科普

文章来源：《真空科学与技术学报》网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/zonghexinwen/2020/1103/387.html