Новое применение плазме — в качестве источника освещения — нашла исследовательская группа, финансируемая Управлением научных исследований ВВС США. Её руководители Гэри Иден и Сончин Пак из Университета штата Иллинойс уже основали компанию Eden Park Illumination для продвижения новой технологии на рынок.
Как это часто бывает, г-н Иден не ставил своей целью изобретение новой лампочки. Учёный вспоминает: «В 1996 году студенты обратились ко мне, сжимая в руках кусок кремния, со словами: “Вы не возражаете, если мы просверлим в нём маленькое отверстие и попытаемся произвести там плазму?” Довольно быстро им это удалось. Диаметр отверстия, кстати, составлял около 400 мкм».
Г-на Идена заинтересовало следующее. Как известно, чем меньше объём, в который заключена плазма, тем выше должно быть давление, чтобы она оставалась в стабильном состоянии. Соответственно, очень высокое давление, необходимое для «микроплазмы», может привести к излучению в видимом диапазоне. В размышлениях об этом и родилась идея микрополостного массива (micro-cavity array, MCA). Как и в случае с флуоресцентным светом, MCA находится под напряжением. Экспериментируя с «укладкой» плазмы в параллельных рядах микрополостей, Иден и Пак в конце концов получили очень тонкие и гибкие светящиеся листы.
Загвоздка была в том, как создать эти микрополости в гибких листах. Вот один из самых успешных способов: листы алюминиевой фольги толщиной 125 мкм помещаются в ванну для анодирования; если правильно подобрать температуру и время анодирования, в фольге сформируются большие массивы микрополостей почти идеальной формы. Крупнейший из полученных на данный момент массивов содержит четверть миллиона микрополостей, представляя собой квадрат со стороной 15 см. При желании можно сделать и больше — была бы подходящая ванна.
Затем поверхность листа ламинируют стеклом с электрической схемой, питающей отдельные полости. Как только начинает идти ток, массив вспыхивает ярким светом. Толщина готового листа составляет всего 1–2 мм. Массивы повышенной прочности имеют 4 мм в толщину. Но даже они весят менее 200 г.
В микромассивах можно использовать различные газы. Иден и Пак применяют инертные газы для создания ультрафиолетового света, который затем преобразуется в видимый с помощью специальных люминофоров — как в люминесцентных лампах.
Можно ли считать это изобретение чем-то из ряда вон? Судите сами. Во-первых, эта «лампочка» плоская. Сравним квадрат 15×15 см и толщиной 4 мм со стандартной офисной флуоресцентной лампой, работающей на ртутной плазме. Световая отдача последней составляет около 75–80 лм/Вт, но бóльшая часть света теряется из-за цилиндрической формы. Для сравнения: КПД MCA составляет более 90%, поэтому при световой отдаче 35 лм/Вт он даёт тот же результат.
И ещё несколько преимуществ. MCA не содержит ртути. Обладает регулируемой яркостью. Индекс цветопередачи — более 80, почти как у солнечного света. Срок непрерывной работы — 20 тыс. часов. По сравнению со светодиодами генерирует намного меньше тепла и, следовательно, не нуждается в алюминиевом теплопоглотителе.
Есть ли недостатки? И да и нет. Стоимость прибора пока высока, ибо производство ещё не поставлено на поток. С другой стороны, в 2014 году США полностью откажутся от ламп накаливания — тут-то и потекут инвестиции.
И не менее важное: микрополостная плазма пригодится не только для освещения. Массив способен усваивать огромное количество энергии из расчёта на единицу объёма при высоком давлении, оставаясь стабильным. Что это означает на практике? Технология подойдёт для изготовления «лабораторий на чипе». В этом случае плюсом становится и линейное расположение микроканалов. Один из видов применения — генерация озона для очистки воды. Этот метод намного чище, чем хлорный, поскольку озон быстро превращается обратно в кислород. К тому же такие устройства можно будет сделать портативными.
Вход на сайт