白炽灯有望借纳米光子材料再“上岗”

枫树前

拯救被淘汰的温暖回忆：白炽灯有望借纳米光子材料再“上岗”

科技日报

2016-01-16 20:10 来自 能见度

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自被发明后的100多年里，白炽灯曾照亮过无数房间，为无数人带来光明。灯丝点亮的那一瞬间被喻为灵感显现，昏黄的灯光亦成为一段难以割舍的温暖回忆。但随着能源利用效率更高、使用寿命更长的荧光灯和LED（发光二极管）灯具的出现，白炽灯如同胶卷和卡式磁带一样，逐渐从人们的视野中消失。

被淘汰的温暖回忆

                               
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早期的白炽灯

白炽灯，最早由托马斯·爱迪生进行商业开发，曾是全世界产量最大、应用最广泛的电光源。白炽灯用电流将钨丝加热到3000摄氏度左右，达到白炽状态，利用热辐射发出可见光。这些被加热的钨丝能发出所谓的黑体辐射，接近于阳光的光谱，能够忠实还原物体本来的色彩。在商业化开发后，立即受到了人们的欢迎。但是这种光源具有一个重要缺陷——其95%的能量都通过放热浪费掉了。这同时也会导致钨丝的快速蒸发，影响其使用寿命。因此，现在很多国家都已明令禁止并淘汰了这种技术。

                               
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安徽省亳州市一小区楼道里使用着的白炽灯。 东方IC 资料

“光回收”把热留住

日前，美国麻省理工学院和普渡大学的科学家组成的一个研究小组找到了一种方法或许能改变这一切，让白炽灯再现辉煌。

                               
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“光回收”技术既增加了光源的亮度和发光效率，也减少了热量流失。

据了解，该技术的核心是一种纳米光子材料和一种被称为“光回收”的技术。在新的研究中，以红外辐射的形式耗散掉废热是不被允许的，一种经过特殊设计的二级结构能重新吸收这些辐射并再次发出可见光。这种结构中，采用了一种名为光子晶体的物质，它由地球上最为丰富的元素或者常规材料经过沉积而成，能堆叠、沉积在各种衬底材料上。在这个系统当中，可见光能穿透灯泡发射出去，而携带热量的红外光则会像遇到镜子一样被反射回去，而后回到灯丝上产生更多热量，继而再次转化成更多的可见光。研究人员将这一过程称为“光回收”，它既增加了光源的亮度和发光效率，也减少了热量流失。

研究人员称，常规白炽灯的发光效率仅为2%到3%，普通的节能灯和LED灯则能达到7%至15%，而借助新技术开发出的新型白炽灯，其理论发光效率最高可达40%。

虽然，该团队在其所制成的概念验证设备上，还没有达到理论效率，但已经让白炽灯的发光效率提高三倍达到了6.6%。这一成绩足以媲美当今的一些节能灯和LED灯。

新技术刷新老设备

美国普林斯顿大学电气工程学助理教授亚历杭德罗·罗德里格斯说，这一结果让人印象相当深刻。他评价称，这充分说明，应用这种新的光子设计，存在短板的老设备也能焕然一新。“我相信，这项工作或许能让白炽灯重现辉煌。当然这项技术不会只用在灯泡上，同样的方法也可用于开发出更高效的光伏电池。”他说。

参与此项研究的麻省理工学院物理学教授马丁·索尔加西克说，白炽灯和LED都是伟大的技术，但更关键的是要深入了解其发光、发热的原理，以及如何让能量得到更高效的利用。这项研究最大的收获和贡献是找到了一种控制热量排放的方法。而至于哪项实际应用最有可能用到这项技术，现在还言之尚早。

除麻省理工学院外，这项工作还得到了美国能源部S3TEC能源前沿研究中心的支持。相关论文发表在最新一期的《自然·纳米技术》杂志上。
录入编辑：李跃群

澎湃新闻报料：4009-20-4009   澎湃新闻，未经授权不得转载

关键词 >> 澎湃,澎湃新闻,白炽灯,纳米,麻省理工,美国能源部,钨丝,效率
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whseen

要是有这个更好，更适合用在汽车灯上，不需要氙气大灯了。DIY手电更简单了，不需要LED专用灯杯，更不需要恒流驱动板可以直驱。但还是在实验室里没商品化先用在汽车灯上。

n3650d

假如提高到20%  不是连led都淘汰了

Zhuyongxiang

这个早不是什么新技术了，多年前就有所谓冷光卤钨灯了，原理基本相同（技术上落后一点）。白炽灯的发光原理决定了，发光效率就不会高

qin__yuan

商用灯泡中最容易见到这种技术的是欧司朗的XIR系列了，直接摘录一段某宝上的官方解说词：     Osram推出的新型XIR系列红外线灯的发光效率和亮度都明显优于标准的卤素灯。  该系列红外线灯的高亮度的实现是通过一个专门的涂在灯泡上面的红外涂层实现的。这种涂层能够通过氙气填充进一步提高发光效率。  XIR系列灯具（带有红外涂层）主要设计用于剧院的照明系统。提供三种型号选择：64291 XIR，64668 XIR和64292 XIR。所有型号的运行电压都为22.8 V，功率为40瓦的型号的使用寿命为800小时，功率为80瓦的型号的使用寿命为750小时，亮度可以达到3000尺烛光，功率为150瓦的型号的使用寿命为600小时。该系列红外线灯采用的是荣获专利的红外涂层，该涂层经常被应用到灯泡外面的镜面上，这种涂层仅仅允许可见光的通过，因此它能够确保大部分的红外光发散被反射到灯丝上。这就意味着灯启动所需的温度更低，耗能更少。这种热还原能够将灯的发光效率提高30%，从而也提高的灯的发光总量，降低灯的能耗，延长了灯的使用寿命。至于应用于剧院的型号都经过了专门的性能优化和提高。Osram推出的这些XIR系列红外线灯在相通的能耗下，发光总量比普通灯具高出50%，灯的温度也一直保持相同。这些灯具是剧院照明的首选。卤素钨灯具有经济节能的特点，运行简单，几乎是即开即亮。这些灯具不受高温的太大影响，在整个使用周期中都能够稳定发出高亮度的光，色温和显色指数一直保持一致。 这种泡子驱动电压22.8V，功率算不上巨大，还到手电里理论上没问题。就看有没有人愿意尝试了。

Blackbird

qin__yuan 发表于 2016-1-18 23:01
商用灯泡中最容易见到这种技术的是欧司朗的XIR系列了，直接摘录一段某宝上的官方解说词：     Osram推出的 ...

TB了一下，一个40W的64291灯泡最便宜都得175元~~~

tbx581

40W能有1200LM。800小时寿命对比7027的50小时，这个售价还行。有变形金刚的可以一试，只是6串电池架比较麻烦