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复苏古老技术,把白炽灯带回大众市场

你希望看到白炽灯泡有机会再次大放异彩吗?你是否想到其他曾经“被淘汰”的技术在经过一段时间消声匿迹后再次以崭新面貌“重现江湖”?

在平坦的白炽灯表面增添再辐射纳米结构的创新研究,能够为这种经典但效率低的光源带来重生的机会吗?WqPesmc

每当看到古老的白炽灯泡,总会有一种带点感伤与怜悯的感觉油然而生。它曾经象征着一种技术奇迹,为这个世界带来安全、高效率的照明,更完整地改变了这个社会。然而,它现在却被嘲讽为一种低效率的“吃电怪兽”(energy hog),似乎在无形中变成一种坏事。WqPesmc

在 能源成本和监管命令的双重压力下,白炽灯泡几乎没什么转寰的余地,原本在大多数消费和商业应用中的位置逐渐被小型荧光灯(CFL)以及日益增加中的LED节能灯泡取代了。不过,白炽灯仍然受到许多特定应用的青睐。如今,淘汰白炽灯可说是合情合理,因为它的效率仅有2%-3%,而CFL (约7%-15%)与LED (约5%-20%)的效率较其更高好几倍。WqPesmc

这就是为什么我最近对于美国麻省理工学院(MIT)的一项研究极其感兴趣之故。MIT的一支研究团队对于提高白炽灯泡的效能进行了重要研究,而且也已经完成了概念验证。简单来说,研究人员在灯丝周围加上由光子晶体组成的次级结构,以捕捉能量并使其反射回灯丝中,因而让非发光辐射能量不至于像热耗散一样地浪费掉。如此则可使其像可见光一样重复进行吸收,然后再发射(如下图所示)。
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MIT研究人员打造一款经概念验证的装置,显示提高白炽灯泡效率的两阶段过程(来源:MIT)WqPesmc

迄今为止,MIT的研究人员已能让白炽灯泡达到6.6%的发光效率了,这比一般白炽灯泡更高约2倍到3倍。值得注意的是,他们所用的“灯丝”并不是传统的钨丝,而是一种更平坦的钨丝薄片,以利于雷射切割至适合尺寸。WqPesmc

然而,这样的设计能让白炽灯泡在其原有的光泽与色温情况下回到大众市场吗?当然,我并不确定。即使这项研究与发展成功了,从实验室原型、小规模生产到大众市场与低成本生产,也还有巨大且困难的路要走。再者,被动与主动电子组件供货商在这段期间将持续投入巨大资本,让CFL与LED成为更 可行的替代方案。WqPesmc

从许多方面来看,这项技术研究最终能否成功商用化并不是讨论的重点。这些研究的特点之一就在于我们从来不知 道他们将导向何方。因为进步的路径并不是直线型的,可预测的过程很容易就能加以推断。MIT研究人员为此带来了材料科学的进展,它可在高温范围 (3,000K)下操作,而且拥有许多特点。WqPesmc

此外,我们也知道某个领域(即使是死胡同)的发展通常会成为其他领域的另一项创新基础。毕竟,谁会想到揭示分子在量子物理层的自旋瞬间,最终会成为以核磁共振影像(MRI)系统创造人体大量器官和组织影像的原则?这些都不是从一项研究发展到另一项成果的直接路径啊!WqPesmc

再者,仅仅因为一项技术过时了——就像白炽灯一样——并不表示它永远就会一直这样下去。技术的变化和进步能够提供重新审视和复苏旧有技术的动机。记得在许多年以前,我曾经因为轻伤而必须进医院缝几针,我后来发现帮我缝合伤口的医生也在哈佛医学院(Harvard Medical School)进行先进研究——他们利用水蛭加速伤口愈合和处理凝血,并研究如何控制并评估其效果。这种技巧其实早在几百年前就在使用了,只是后来基于种 种原因而被文明社会抛弃了。(所幸我当时并不知道他的研究工作,也还好没拿我当实验对象!)WqPesmc

你希望看到白炽灯泡有机会再次大放异彩吗?你是否想到其他曾经“被淘汰”的技术在经过一段时间消声匿迹后再次以崭新面貌“重现江湖”?WqPesmc

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Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
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