Físicos russos criaram um protótipo de lâmpada, semelhante em princípio a um tubo de imagem de TV, possuindo características de confiabilidade, durabilidade e intensidade luminosa que não foram alcançadas por mais ninguém no mundo. A “receita” para a sua montagem e os primeiros resultados da verificação foram apresentados no Journal of Vacuum Science & Technology.
Por muito tempo, as lâmpadas incandescentes comuns serviram como a principal fonte de luz nas casas, cujos primeiros protótipos surgiram no final do século 19 graças aos experimentos de Lodygin, Edison e outros luminares da ciência da época. Apenas recentemente eles começaram a ser substituídos por fontes de iluminação compactas alternativas, incluindo LEDs e emissores fluorescentes.
Apesar de seu baixo consumo de energia e durabilidade relativa, tais fontes de iluminação têm muitas desvantagens, começando com um espectro de radiação não natural e terminando com o fato de que sua produção ou as próprias lâmpadas contêm mercúrio e outras substâncias tóxicas. Tudo isso obriga cientistas e engenheiros a procurar um substituto para elas e "reinventar" os tipos existentes de lâmpadas.
Por exemplo, quatro e três anos atrás, físicos da Coreia do Sul e dos Estados Unidos criaram revestimentos especiais e filamentos de grafeno para uma lâmpada incandescente convencional, o que aumentou sua eficiência centenas de vezes e a tornou mais econômica do que os dois tipos de lâmpadas "economizadoras de energia".
De acordo com a assessoria de imprensa do MIPT, Ozol e seus colegas da Phystech e do Instituto de Física da Academia Russa de Ciências conseguiram fazer algo semelhante, melhorando radicalmente o design das chamadas lâmpadas catodoluminescentes.
Esses dispositivos de iluminação existem há mais de meio século, mas receberam distribuição extremamente limitada devido ao fato de serem visivelmente maiores em tamanho do que seus "concorrentes", ligados tão lentamente quanto as lâmpadas fluorescentes e eram cerca de duas vezes mais longos que os LEDs em termos de eficiência energética.
Essas desvantagens devem-se ao fato de que as lâmpadas catódicas funcionam aproximadamente no mesmo princípio que o tubo de imagem de televisores antigos. Na verdade, eles são um frasco revestido com uma substância fosforescente especial. Ele brilha quando é "bombardeado" por elétrons, que são emitidos pelo cátodo, eletrodo de carga negativa ou "canhão de elétrons".
Na maioria desses dispositivos, as partículas carregadas negativamente não começam a deixar o cátodo imediatamente, mas somente depois que ele aquece e atinge sua temperatura operacional. Por esse motivo, os tubos de imagem da TV e as lâmpadas catódicas antigas não acendem imediatamente, mas após alguns segundos.
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Esse problema pode ser resolvido com o uso dos chamados cátodos de emissão de campo, eletrodos de um dispositivo especial capaz de "disparar" elétrons em estado frio devido ao tunelamento quântico.
Esses "canhões de elétrons" foram usados anteriormente para criar tubos de vácuo para os primeiros computadores primitivos, bem como sistemas de luz de fundo para telas de cristal líquido. Apesar dos esforços de cientistas e engenheiros, eles não conseguiram torná-los duráveis, compactos e baratos, por isso deram lugar aos transistores e LEDs.
“Nosso autocatodo é construído em carbono convencional. Funciona não apenas como um produto químico, mas como uma estrutura: aprendemos a criar uma estrutura a partir de fibras de carbono que não tenha medo do bombardeio iônico, forneça uma corrente de alta emissão, seja tecnologicamente avançada e de fabricação barata. Este é puramente nosso know-how, não existe tal tecnologia em nenhum outro lugar do mundo”, disse Evgeny Sheshin, professor do MIPT.
Conforme observou o físico, para isso, os cientistas processaram a ponta do cátodo de tal forma que ela se tornou uma espécie de escova ou pente, coberta por muitas microprotusões de uma fração de mícron de espessura. Eles criam um campo elétrico ultra-alto perto da superfície do cátodo, que joga os elétrons no vácuo circundante.
Além disso, pesquisadores russos criaram uma fonte de energia compacta para a lâmpada catódica, permitindo que ela fosse "comprimida" até o tamanho de uma lâmpada incandescente convencional ou sua contraparte LED. Uma lâmpada semelhante, conforme observado pelos cientistas, consome apenas 5,6 watts de energia, produzindo aproximadamente a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de 25 watts.
Nesse aspecto, não é inferior às lâmpadas LED ou fluorescentes convencionais, mas ao mesmo tempo sua durabilidade e brilho não são afetados pela temperatura ambiente, tem um espectro mais natural e pode funcionar por mais de 10 mil horas.
Além disso, essas lâmpadas não contêm componentes importados, não requerem matéria-prima importada para a produção e, a princípio, podem ser produzidas em qualquer fábrica de lâmpadas elétricas nacionais. Os cientistas esperam que sua invenção ajude a Rússia a abandonar completamente o uso de mercúrio na produção de dispositivos de iluminação.
