В первых лампах накаливания, изобретенных более 120 лет назад, в качестве источника света использовалась графитовая нить, нагреваемая под действием электрического тока до температур, при которых она испускает интенсивное оптическое излучение. Дальнейшее развитие техники привело к замене графитовой нити на вольфрамовую, которая оказалась более технологичной при изготовлении. В настоящее время лампы накаливания вытесняются более экономичными люминесцентными лампами.

Однако до сих пор лампы накаливания остаются наиболее распространенными в быту, поскольку их световые характеристики лучше всего соответствуют восприятию человеческого глаза. Открытие углеродных нанотрубок (УНТ), обладающих повышенной механической, термической и химической стабильностью в сочетании с хорошими электрическими свойствами, стимулирует возможности совершенствования ламп накаливания, в которых в качестве источника света используется жгут УНТ.

Детальное сравнение световых характеристик ламп накаливания на основе УНТ с традиционными источниками, в которых используется вольфрамовая нить, выполнено в одном из университетов Пекина (КНР) [Q. K. Shu et al. J. Appl. Phys. 101, 084306 (2007)]. Двухслойные УНТ в виде пленок были синтезированы стандартным методом химического осаждения паров (CVD) с использованием в качестве исходного вещества смеси ксилола и ферроцена с добавкой серы. После проведения стандартной процедуры очистки пленку сворачивали в нити диаметром 0,06, 0,1 и 0,15 мм, которые использовали в качестве нити накаливания. Нить длиной около 20 мм подвешивали в колбе между двумя металлическими контактами, после чего колбу откачивали и отпаявали.

Светимость ламп E измеряли с помощью коммерческого прибора при различных величинах приложенного постоянного напряжения и мощности питания. На основании этих измерений вычисляли светоотдачу К, определяемую как отношение светимости к приложенной мощности Р. Результаты измерений приведены на рис. 1, где они сравниваются с соответствующими данными для стандартной лампы накаливания с вольфрамовой нитью.

Результаты сравнительных испытаний светоотдачи ламп накаливания с вольфрамовой и УНТ нитью: а) зависимость светоотдачи от приложенного напряжения; b) зависимость светоотдачи от приложенной мощности

Как видно, светоотдача лампы на основе УНТ примерно вдвое превышает соответствующую величину для вольфрамового источника.

Еще одной важной особенностью ламп рассматриваемого типа является сравнительно низкое напряжение питания, позволяющее использовать эти лампы на борту автомобиля или летательного аппарата. Наряду со светимостью, измеряли спектральную яркость излучения индивидуальной лампы на основе УНТ с сопротивлением 16 Ом в диапазоне длин волн 80–2500 нм. Результаты этих измерений, выполненных для различных величин цветовой температуры нитей, указывают на некоторый разброс параметра (около 2%) «произведение цветовой температуры источника на длину волны, соответствующую максимальной спектральной яркости». Отсюда следует отличие спектра излучения УНТ нити от спектра излучения абсолютно черного тела.

Выполненные измерения указывают на сохранение стабильных параметров лампы накаливания с УНТ нитью в течение 3000 часов. Тем самым, выполненные исследования показывают, что лампы накаливания на основе УНТ нити во многих отношениях превосходят стандартные лампы на основе вольфрамовых нитей и могут послужить повышению конкурентоспособности ламп рассматриваемого класса.

Автор: А.В.Елецкий