來(lái)自莫斯科物理技術(shù)研究所和俄羅斯科學(xué)院列別捷夫物理研究所的研究人員，設(shè)計(jì)并測(cè)試了一種用于普通照明的陰極發(fā)光燈原型。這種新型燈具依賴于場(chǎng)發(fā)射現(xiàn)象，比全球同類產(chǎn)品更可靠、更耐用、更明亮，這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《真空科學(xué)與技術(shù)B》上。

雖然LED燈已經(jīng)變得很普遍，但它們并不是白熾燈唯一清潔節(jié)能替代品。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，世界各地的工程師一直在研究所謂的陰極發(fā)光燈，將其作為普通照明的另一種選擇。

如圖所示，這種燈的原理與電視陰極射線管相同：真空管一端的負(fù)電荷電極或陰極充當(dāng)電子槍。高達(dá)1萬(wàn)伏特的電位差會(huì)使發(fā)射出的電子加速，向管另一端帶正電的平面正電荷磷化膜電極(陽(yáng)極)移動(dòng)，電子轟擊產(chǎn)生光。陰極發(fā)光燈的優(yōu)點(diǎn)是幾乎可以發(fā)射任何波長(zhǎng)的光，從紅色到紫外線，這取決于使用哪種熒光材料。根據(jù)《水俁公約》(Minamata Convention)禁止家用電器使用汞，新型紫外線燈泡將是一個(gè)特別及時(shí)的發(fā)展。

《水俁公約》是由128個(gè)國(guó)家簽署的聯(lián)合國(guó)條約，在其他產(chǎn)品中，該禁令針對(duì)的是廣泛用于溫室照明和其他應(yīng)用的紫外熒光管。陰極發(fā)光紫外線燈泡不含汞，一般在使用和處理時(shí)更清潔。俄羅斯RAS列別捷夫物理研究所的Mikhail Danilkin說(shuō)：例如，一些使用水銀燈進(jìn)行水處理和空氣消毒的行業(yè)將非常緩慢，不愿逐步淘汰它們。但藥物是不同的，因?yàn)閭€(gè)人醫(yī)療設(shè)施的汞燈處理問(wèn)題還沒(méi)有得到解決，而環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)正變得越來(lái)越嚴(yán)格。

陰極射線管可用于手術(shù)室消毒、咽喉、扁桃體紫外線照射、牙體充填治療等。與led和熒光燈相比，這種新型燈具的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是它不依賴所謂的關(guān)鍵原材料。這些元素包括鎵、銦和一些稀土元素。雖然它們的供應(yīng)有限，但這些材料在衛(wèi)生、國(guó)防、航空航天等關(guān)鍵行業(yè)中必不可少，是不可替代的。美國(guó)曾嘗試大規(guī)模生產(chǎn)商用陰極發(fā)光燈泡，但消費(fèi)者并不接受這種設(shè)備，主要是因?yàn)樗w積龐大，需要幾秒鐘時(shí)間才能將陰極加熱到工作溫度。

同樣，舊電視機(jī)在短暫的延遲后開(kāi)始顯示圖像。不過(guò)，有些陰極不需要預(yù)熱，它們是場(chǎng)致發(fā)射陰極，因?yàn)樗鼈円蕾囉趫?chǎng)致發(fā)射現(xiàn)象。它包括一個(gè)冷陰極在靜電場(chǎng)下單獨(dú)發(fā)射電子，由于隧穿。然而，設(shè)計(jì)一種高效、持久、技術(shù)先進(jìn)、可大規(guī)模生產(chǎn)并以可負(fù)擔(dān)得起價(jià)格銷售的陰極被證明具有挑戰(zhàn)性。盡管日本和美國(guó)一直在努力，現(xiàn)在俄羅斯研究標(biāo)志著這方面的首次成功嘗試。領(lǐng)導(dǎo)該研究小組的MIPT真空電子學(xué)副主席Evgenii Sheshin教授說(shuō)：我們的場(chǎng)發(fā)射陰極是由普通碳制成。

但這種碳不僅用作化學(xué)物質(zhì)，而且用作一種結(jié)構(gòu)，找到了一種用碳纖維制成的結(jié)構(gòu)的方法，這種結(jié)構(gòu)可以抵抗離子轟擊，輸出高發(fā)射電流，技術(shù)含量高，生產(chǎn)成本低廉。這項(xiàng)技術(shù)是我們的專有技術(shù)，世界上沒(méi)有其他人擁有它。通過(guò)對(duì)碳進(jìn)行特殊處理，許多亞微米的突起(小于百萬(wàn)分之一米的尺寸)在陰極的頂端形成)，這就導(dǎo)致了陰極頂端的超高電場(chǎng)，將電子驅(qū)逐到真空中。MIPT研究小組還為陰極熒光燈開(kāi)發(fā)了一種小型電源，為成功的場(chǎng)電子發(fā)射提供了足夠的千伏電壓。

光源安裝在玻璃燈泡周圍，幾乎不影響其大小。根據(jù)樣機(jī)試驗(yàn)和該燈的技術(shù)特點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)表明，如果大規(guī)模生產(chǎn)，新的陰極發(fā)光燈泡可以與基于發(fā)光二極管的廉價(jià)燈泡競(jìng)爭(zhēng)。這種新燈泡還將有助于淘汰含有汞的危險(xiǎn)熒光燈，目前許多家庭仍在使用這種熒光燈。不像LED燈泡，這種燈不怕高溫，可以在二極管快速褪色的地方使用它，比如天花板上的射燈，因?yàn)槟抢餂](méi)有足夠的冷卻溫度。

博科園｜研究/來(lái)自：莫斯科物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

參考期刊《科學(xué)與技術(shù)雜志B》

DOI: 10.1116/1.5070108

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