Обычные лампы накаливания отличаются крайне высокой неэкономичностью и в ближайшее время могли бы полностью отойти в небытие, если бы не недавнее открытие ученых, которое, возможно, вдохнет в них новую жизнь и вернет им утерянное признание и популярность.

За все время своего более чем векового существования привычные лампы накаливания практически не изменились, и большая часть потребляемой ими энергии уходит на тепловой нагрев окружающей среды. Стремясь снизить расход энергии, конструкторы изобрели более экономичные аналоги в виде флуоресцентных газоразрядных и, в последнее время все более популярных, светодиодных ламп.

Основной принцип работы обычной лампы накаливания заключается в разогреве вольфрамовой спиральной нити до температуры в 2700 градусов Цельсия, после чего она начинает излучать в видимом человеческому глазу спектре. Создаваемый световой поток наиболее оптимален для человека и соответствует теплому диапазону по шкале излучения абсолютно черного тела.

В то же время у обычной лампы накаливания крайне высокий процент затрачиваемой энергии приходится на тепловые потери, ведь примерно 95% расходуемой мощности переходит в инфракрасное излучение и попросту нагревает окружающее лампочку пространство. Неудивительно, что многие страны начали массово отказываться от таких ламп и переходить на более экономичные светодиодные альтернативы.

Вернуть утраченные лидерские позиции лампам накаливания сможет помочь интересное открытие, сделанное исследовательской группой из Университета Пердью и Массачусетского технологического института. Согласно опубликованной ими в журнале Nature Nanotechnology работе, новая методология изготовления элементов ламп накаливания включает в себя два последовательных этапа. Вначале происходит обычное изготовление нити накаливания, которая обладает всеми классическими недостатками в виде высокого рассеивания энергии. Для минимизации теплопотерь вольфрамовую нить покрывают специальным веществом, благодаря которому инфракрасное излучение отражается от поверхности обратно, что вызывает дополнительный разогрев спирали и излучение ею энергии в видимом световом диапазоне.

Защитный слой состоит из нанофотонных кристаллов, полученных из достаточно распространенных соединений. Нанести слой таких кристаллов на вольфрамовую нить можно с помощью хорошо известной технологии поверхностного осаждения вещества. Создание отражающего слоя повышает эффективность ламп накаливания до 13% по сравнению с 2% у не прошедших обработку экземпляров. По заверениям исследователей, значение КПД у новых «наноламп» можно поднять до 40%, что превысит значение их энергоэффективности в несколько раз по сравнению со светодиодными и люминесцентными аналогами.

В модифицированной лампе накаливания используется новый тип излучающего элемента, представляющий из себя плоскую вольфрамовую пластинку в многослойной оболочке из материала с нанофотонными кристаллами. Оболочка изготовлена из различных слоев оксида тантала и кремния, что позволяет при составлении определенной их последовательности получать различный спектр излучения в видимом диапазоне.

Как рассказывает один из участников экспериментальной разработки Марин Сольячич, изготовленный ими прототип создавался для практического подтверждения научной работы, поэтому КПД полученного экземпляра получилось достаточно низкое. В ходе дальнейших работ энергоэффективность лампы можно достаточно легко повысить, а важнейшим положительным результатом испытания прототипа ученые считают идеальное отражение нанокристаллами заданного спектра излучения.

По заверениям исследовательской группы, промышленная стоимость новой «нанолампы» будет довольно низкой, ведь для ее изготовления будут применяться недорогие исходные материалы и привычные технологические процессы. Исследователи также видят применение своих научных выкладок в области увеличения энергоэффективности нагревательных приборов и солнечных панелей, а также в сфере космических технологий и химической промышленности.