发明新的低功耗灯泡，或将挑战LED灯地位！美日都没研究成功

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》