Russische Physiker haben einen Prototyp einer Lampe geschaffen, der im Prinzip einer TV-Bildröhre ähnelt und Eigenschaften wie Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Lichtstärke aufweist, die von niemand anderem auf der Welt erreicht wurden. Das "Rezept" für seine Montage und die ersten Ergebnisse der Prüfung wurden im Journal of Vacuum Science & Technology vorgestellt.
Gewöhnliche Glühlampen dienten lange Zeit als Hauptlichtquelle in Häusern, deren erste Prototypen Ende des 19. Jahrhunderts dank der Experimente von Lodygin, Edison und anderen Wissenschaftsleuchten dieser Zeit auftauchten. Erst vor relativ kurzer Zeit wurden sie durch alternative kompakte Lichtquellen ersetzt, darunter LED- und Fluoreszenzstrahler.
Trotz ihres geringen Energieverbrauchs und ihrer relativen Haltbarkeit weisen solche Lichtquellen viele Nachteile auf, angefangen bei einem unnatürlichen Strahlungsspektrum bis hin zur Tatsache, dass ihre Produktion oder die Lampen selbst Quecksilber und andere giftige Substanzen enthalten. All dies zwingt Wissenschaftler und Ingenieure, nach einem Ersatz für sie zu suchen und bestehende Arten von Glühbirnen "neu zu erfinden".
Zum Beispiel haben Physiker aus Südkorea und den USA vor vier und drei Jahren spezielle Beschichtungen und Graphenfilamente für eine herkömmliche Glühlampe hergestellt, die ihren Wirkungsgrad um das Hundertfache erhöhten und sie wirtschaftlicher machten als beide Arten von "energiesparenden" Lampen.
Laut dem MIPT-Pressedienst gelang es Ozol und seinen Kollegen von Phystech und dem Physikinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften, etwas Ähnliches zu tun und das Design der sogenannten kathodolumineszierenden Lampen radikal zu verbessern.
Solche Beleuchtungsgeräte gibt es seit mehr als einem halben Jahrhundert, aber sie haben eine äußerst begrenzte Verbreitung erhalten, da sie merklich größer waren als ihre "Konkurrenten", so langsam wie Leuchtstofflampen eingeschaltet und etwa doppelt so langsam wie LEDs in Bezug auf Energieeffizienz.
Diese Nachteile sind darauf zurückzuführen, dass Kathodenlampen ungefähr nach dem gleichen Prinzip arbeiten wie die Bildröhre alter Fernsehgeräte. Tatsächlich handelt es sich um einen Kolben, der mit einer speziellen Leuchtstoffsubstanz beschichtet ist. Es leuchtet, wenn es von Elektronen "bombardiert" wird, die von der Kathode, der negativ geladenen Elektrode oder der "Elektronenstrahlkanone" emittiert werden.
Bei den meisten dieser Geräte verlassen negativ geladene Partikel die Kathode nicht sofort, sondern erst, nachdem sie sich erwärmt und ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Aus diesem Grund schalten sich TV-Bildröhren und alte Kathodenlampen nicht sofort, sondern nach einigen Sekunden ein.
Werbevideo:
Dieses Problem kann gelöst werden, indem sogenannte Feldemissionskathoden verwendet werden, Elektroden einer speziellen Vorrichtung, die in der Lage sind, Elektronen in einem kalten Zustand aufgrund von Quantentunneln zu "schießen".
Solche "Elektronenkanonen" wurden früher verwendet, um Vakuumröhren für die ersten primitiven Computer sowie Hintergrundbeleuchtungssysteme für Flüssigkristallschirme herzustellen. Trotz der Bemühungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren gelang es ihnen nicht, sie langlebig, kompakt und billig zu machen, weshalb sie Transistoren und LEDs Platz machten.
„Unsere Autokathode basiert auf herkömmlichem Kohlenstoff. Es funktioniert nicht nur als Chemikalie, sondern auch als Struktur: Wir haben gelernt, wie man aus Kohlenstofffasern eine Struktur erzeugt, die keine Angst vor Ionenbeschuss hat, einen hohen Emissionsstrom liefert, technologisch fortschrittlich und kostengünstig herzustellen ist. Dies ist nur unser Know-how, es gibt nirgendwo auf der Welt eine solche Technologie “, sagte Evgeny Sheshin, Professor am MIPT.
Wie der Physiker feststellte, verarbeiteten die Wissenschaftler die Spitze der Kathode so, dass sie wie eine Art Bürste oder Kamm aussah, der mit vielen Mikrovorsprüngen bedeckt war, die einen Bruchteil eines Mikrometers dick waren. Sie erzeugen in der Nähe der Kathodenoberfläche eine ultrahohe elektrische Feldstärke, die Elektronen in das umgebende Vakuum ausstößt.
Darüber hinaus haben russische Forscher eine kompakte Stromquelle für die Kathodenlampe entwickelt, mit der sie auf die Größe einer herkömmlichen Glühlampe oder ihres LED-Gegenstücks "zusammengedrückt" werden kann. Eine ähnliche Lampe verbraucht, wie von Wissenschaftlern festgestellt, nur 5,6 Watt Energie und erzeugt ungefähr die gleiche Lichtmenge wie eine 25-Watt-Glühlampe.
In dieser Hinsicht ist es weder LED noch herkömmlichen Leuchtstofflampen unterlegen, aber gleichzeitig werden seine Haltbarkeit und sein Leuchten selbst nicht von der Umgebungstemperatur beeinflusst, es hat ein natürlicheres Spektrum und kann mehr als 10.000 Stunden arbeiten.
Darüber hinaus enthalten diese Lampen keine importierten Komponenten, benötigen keine importierten Rohstoffe für die Herstellung und können im Prinzip in jeder inländischen Fabrik für elektrische Lampen hergestellt werden. Wissenschaftler hoffen, dass ihre Erfindung Russland dabei helfen wird, die Verwendung von Quecksilber bei der Herstellung von Beleuchtungsgeräten vollständig aufzugeben.
