來自莫斯科物理技術研究所和俄羅斯科學院列別捷夫物理研究所的研究人員，設計並測試了一種用於普通照明的陰極發光燈原型。這種新型燈具依賴於場發射現象，比全球同類產品更可靠、更耐用、更明亮，這項研究成果發表在《真空科學與技術B》上。雖然LED燈已經變得很普遍，但它們並不是白熾燈唯一清潔節能替代品。自上世紀80年代以來，世界各地的工程師一直在研究所謂的陰極發光燈，將其作為普通照明的另一種選擇。
如圖所示，這種燈的原理與電視陰極射線管相同：真空管一端的負電荷電極或陰極充當電子槍。高達1萬伏特的電位差會使發射出的電子加速，向管另一端帶正電的平面正電荷磷化膜電極(陽極)移動，電子轟擊產生光。陰極發光燈的優點是幾乎可以發射任何波長的光，從紅色到紫外線，這取決於使用哪種螢光材料。根據《水俁公約》(Minamata Convention)禁止家用電器使用汞，新型紫外線燈泡將是一個特別及時的發展。
《水俁公約》是由128個國家籤署的聯合國條約，在其他產品中，該禁令針對的是廣泛用於溫室照明和其他應用的紫外螢光管。陰極發光紫外線燈泡不含汞，一般在使用和處理時更清潔。俄羅斯RAS列別捷夫物理研究所的Mikhail Danilkin說：例如，一些使用水銀燈進行水處理和空氣消毒的行業將非常緩慢，不願逐步淘汰它們。但藥物是不同的，因為個人醫療設施的汞燈處理問題還沒有得到解決，而環境標準正變得越來越嚴格。
陰極射線管可用於手術室消毒、咽喉、扁桃體紫外線照射、牙體充填治療等。與led和螢光燈相比，這種新型燈具的另一個重要優勢是它不依賴所謂的關鍵原材料。這些元素包括鎵、銦和一些稀土元素。雖然它們的供應有限，但這些材料在衛生、國防、航空航天等關鍵行業中必不可少，是不可替代的。美國曾嘗試大規模生產商用陰極發光燈泡，但消費者並不接受這種設備，主要是因為它體積龐大，需要幾秒鐘時間才能將陰極加熱到工作溫度。
同樣，舊電視機在短暫的延遲後開始顯示圖像。不過，有些陰極不需要預熱，它們是場致發射陰極，因為它們依賴於場致發射現象。它包括一個冷陰極在靜電場下單獨發射電子，由於隧穿。然而，設計一種高效、持久、技術先進、可大規模生產並以可負擔得起價格銷售的陰極被證明具有挑戰性。儘管日本和美國一直在努力，現在俄羅斯研究標誌著這方面的首次成功嘗試。領導該研究小組的MIPT真空電子學副主席Evgenii Sheshin教授說：我們的場發射陰極是由普通碳製成。
但這種碳不僅用作化學物質，而且用作一種結構，找到了一種用碳纖維製成的結構的方法，這種結構可以抵抗離子轟擊，輸出高發射電流，技術含量高，生產成本低廉。這項技術是我們的專有技術，世界上沒有其他人擁有它。通過對碳進行特殊處理，許多亞微米的突起(小於百萬分之一米的尺寸)在陰極的頂端形成)，這就導致了陰極頂端的超高電場，將電子驅逐到真空中。MIPT研究小組還為陰極螢光燈開發了一種小型電源，為成功的場電子發射提供了足夠的千伏電壓。
光源安裝在玻璃燈泡周圍，幾乎不影響其大小。根據樣機試驗和該燈的技術特點，這些數據表明，如果大規模生產，新的陰極發光燈泡可以與基於發光二極體的廉價燈泡競爭。這種新燈泡還將有助於淘汰含有汞的危險螢光燈，目前許多家庭仍在使用這種螢光燈。不像LED燈泡，這種燈不怕高溫，可以在二極體快速褪色的地方使用它，比如天花板上的射燈，因為那裡沒有足夠的冷卻溫度。
博科園｜研究/來自：莫斯科物理科學與技術學院參考期刊《科學與技術雜誌B》DOI: 10.1116/1.5070108博科園｜科學、科技、科研、科普