Bygga en bättre glödlampa

Glödlampor är redan förbjudna av många nationer, men rykten om deras död kan, för att parafrasera Mark Twain, vara grovt överdrivna. En innovation från MIT kan ge dem ett nytt liv.

Lökarna, en av Thomas Edisons mest kända uppfinningar, är en teknik som är mer än 130 år gammal. De fungerar genom att värma upp en tunn tråd till cirka 2 700 °C, vilket gör att den avger svart kroppsstrålning, ett brett ljusspektrum som ger ett varmt utseende och en trogen återgivning av alla färger i en scen. Men cirka 95 procent av energin som går in i dessa glödlampor går till spillo, det mesta som värme. Den nya forskningen kan äntligen ändra på det.

Den här historien var en del av vårt marsnummer 2016

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Fysikprofessor Marin Soljacic ’96, PhD ’00, postdoc Ognjen Ilic, PhD ’15, avdelningschef för maskinteknik, Gang Chen, och tre andra publicerade sin lösning i början av året. Nyckeln, säger de, är att skapa en tvåstegsprocess.

Först värms ett konventionellt metalltråd upp. Men spillvärmen tillåts inte försvinna som infraröd strålning, som vanligt. Istället fångar sekundära strukturer som omger glödtråden denna strålning och reflekterar den tillbaka till glödtråden för att återabsorberas. Dessa strukturer, en form av fotonisk kristall, är gjorda av jordnära element och kan tillverkas med hjälp av konventionell materialavsättningsteknik.

De önskade synliga våglängderna av ljus passerar rakt igenom detta material och ut ur glödlampan, men de infraröda våglängderna reflekteras som från en spegel. De reser sedan tillbaka till glödtråden och tillför mer värme som omvandlas till mer ljus. Eftersom bara det synliga ljuset någonsin kommer ut, fortsätter värmen bara att studsa tillbaka mot glödtråden tills den slutligen slutar som ljus.

Det andra steget förbättrar dramatiskt hur effektivt el omvandlas till ljus. Mätningar av ljuseffektivitet, som tar hänsyn till det mänskliga ögats svar, är 2 till 3 procent för konventionella glödlampor, mellan 7 och 15 procent för lysrör (inklusive CFL) och mellan 5 och 15 procent för de flesta kompakta lysdioder. De nya tvåstegsglödlamporna kan nå verkningsgrader så höga som 40 procent.

Teamets första proof-of-concept-enheter når redan cirka 6,6 procent ljuseffektivitet, ett resultat som närmar sig effektiviteten hos några av dagens CFL:er och kompakta lysdioder och är en trefaldig förbättring jämfört med dagens glödlampor.

Forskarna hänvisar till deras tillvägagångssätt som ljusåtervinning, säger Ilic, eftersom deras material faktiskt fiskar skräp – de oönskade, värdelösa våglängderna av energi – ur papperskorgen och omvandlar det till behagligt, användbart synligt ljus.

Dölj