Чудеса в лампе: Энергосбережение накаляется
По словам авторов технологии, группы ученых во главе с профессором Чуньлэем Го (Chunlei Guo), лазерная обработка создает на поверхности обычной вольфрамовой нити накаливания массив нано- и микроразмерных структур, которые и позволяют ей работать намного эффективней, чем обычно.
«Мы экспериментировали, изучая то, как изменяет свойства металлов обработка лазером, и заинтересовались, как она подействует на традиционную нить накаливания, — говорит Чуньлэй Го, — Тогда мы обработали пучком лазерного излучения часть нити прямо сквозь стекло лампы. И когда мы ее включили в сеть, даже невооруженным глазом было видно, что эта часть стала светиться намного ярче, чем необработанная нить. А изменения в энергопотреблении не произошло».
Ключевой элемент такой лазерной обработки — фемтосекундный импульс, который длится всего 10−15 с. Чтобы ощутить всю крохотность этой цифры, можно представить, что фемтосекунда в сравнении с секундой — то же, что секунда в сравнении с 32 млн. лет. И хотя энергия импульса невелика, за счет малой продолжительности мощность его огромна, она буквально сравнима со всем энергопотреблением Северной Америки. За счет фокусировки на малом участке огромна и плотность потока энергии, и под таким мощным воздействием структура металла претерпевает серьезные изменения, формируя нано- и микроразмерные элементы, которые, в свою очередь, кардинально меняют энергетическую светимость вольфрамовой спирали при прохождении через него тока.
В 2006 г. Чуньлэй Гуо и работающий с ним Анатолий Воробьев использовали этот процесс для получения «черной» структуры металла, то есть такой, которая весьма эффективно поглощает падающее на нее излучение. Теория говорит и о том, что такой металл будет эффективно и испускать излучение, и проверить это ученые со временем тоже решились.
Кстати, выяснилось, что подобная лазерная обработка не только может существенно увеличить яркость лампы без повышения энергопотребления, но и изменить цвет ее свечения. В 2008 г. Гуо и Воробьев научились менять цвет почти любого металла в синий, золотистый, черный — мы рассказывали об этом достижении в заметке «Алхимия 21 века». Со временем они поняли, как можно контролировать форму и размеры формирующихся под действием лазера наноструктур, а значит, определять длины волн излучения, которое металл будет поглощать и/или испускать. Это как раз и помогло повысить интенсивность свечения вольфрамовой нити. Пока что, к сожалению, не получается так обработать лампочку, чтобы она светилась, скажем, выраженным синим цветом, хотя немного сместить (желтый) свет сияющей вольфрамовой нити в синюю область уже возможно.
Ученые научились и более интересным «трюкам», заставив нить накаливания испускать частично поляризованный свет, что до сих пор было невозможно получить без использования специальных светофильтров. Они добились этого, сумев создать регулярные массивы из ориентированных нужным образом наноэлементов.
Теперь Гуо и Воробьев пытаются найти новые «аспекты» обычной лампы накаливания, которые они смогли бы контролировать. А промышленники наверняка присматриваются к их разработкам. Ведь несмотря на всю мощь фемтосекундного импульса, потребляемая лазером мощность невелика. А значит, обработка ламп такими импульсами весьма дешева и технологична, в том время как современные энергосберегающие лампы дешевизной производства не отличаются.
Кстати, об истории лампы накаливания и роли в ней изобретателя Яблочкова можно прочесть в статье «Вспышка русского света».
По пресс-релизу University of Rochester