光子晶體次生結(jié)構(gòu)改變白熾燈歷史

每當(dāng)看到古老的白熾燈泡，總會(huì)有一種帶點(diǎn)感傷與憐憫的感覺油然而生。它曾經(jīng)象征著一種技術(shù)奇跡，為這個(gè)世界帶來安全、高效率的照明，更完整地改變了這個(gè)社會(huì)。然而，它現(xiàn)在卻被嘲諷為一種低效率的“吃電怪獸”(energy hog)，似乎在無形中變成一種壞事。

在能源成本和監(jiān)管命令的雙重壓力下，白熾燈泡幾乎沒什么轉(zhuǎn)寰的余地，原本在大多數(shù)消費(fèi)和商業(yè)應(yīng)用中的位置逐漸被小型熒光燈(CFL)以及日益增加中的LED節(jié)能燈泡取代了。不過，白熾燈仍然受到許多特定應(yīng)用的青睞。如今，淘汰白熾燈可說是合情合理，因?yàn)樗男蕛H有2%-3%，而CFL (約7%-15%)與LED (約5%-20%)的效率較其更高好幾倍。

這就是為什么我最近對于美國麻省理工學(xué)院(MIT)的一項(xiàng)研究極其感興趣之故。MIT的一支研究團(tuán)隊(duì)對于提高白熾燈泡的效能進(jìn)行了重要研究，而且也已經(jīng)完成了概念驗(yàn)證。簡單來說，研究人員在燈絲周圍加上由光子晶體組成的次級結(jié)構(gòu)，以捕捉能量并使其反射回?zé)艚z中，因而讓非發(fā)光輻射能量不至于像熱耗散一樣地浪費(fèi)掉。如此則可使其像可見光一樣重復(fù)進(jìn)行吸收，然后再發(fā)射(如下圖所示)。

MIT研究人員打造一款經(jīng)概念驗(yàn)證的裝置，顯示提高白熾燈泡效率的兩階段過程

迄今為止，MIT的研究人員已能讓白熾燈泡達(dá)到6.6%的發(fā)光效率了，這比一般白熾燈泡更高約2倍到3倍。值得注意的是，他們所用的“燈絲”并不是傳統(tǒng)的鎢絲，而是一種更平坦的鎢絲薄片，以利于雷射切割至適合尺寸。

然而，這樣的設(shè)計(jì)能讓白熾燈泡在其原有的光澤與色溫情況下回到大眾市場嗎?當(dāng)然，我并不確定。即使這項(xiàng)研究與發(fā)展成功了，從實(shí)驗(yàn)室原型、小規(guī)模生產(chǎn)到大眾市場與低成本生產(chǎn)，也還有巨大且困難的路要走。再者，被動(dòng)與主動(dòng)電子組件供貨商在這段期間將持續(xù)投入巨大資本，讓CFL與LED成為更 可行的替代方案。

從許多方面來看，這項(xiàng)技術(shù)研究最終能否成功商用化并不是討論的重點(diǎn)。這些研究的特點(diǎn)之一就在于我們從來不知 道他們將導(dǎo)向何方。因?yàn)檫M(jìn)步的路徑并不是直線型的，可預(yù)測的過程很容易就能加以推斷。MIT研究人員為此帶來了材料科學(xué)的進(jìn)展，它可在高溫范圍 (3,000K)下操作，而且擁有許多特點(diǎn)。

此外，我們也知道某個(gè)領(lǐng)域(即使是死胡同)的發(fā)展通常會(huì)成為其他領(lǐng)域的另一項(xiàng)創(chuàng)新基礎(chǔ)。畢竟，誰會(huì)想到揭示分子在量子物理層的自旋瞬間，最終會(huì)成為以核磁共振影像(MRI)系統(tǒng)創(chuàng)造人體大量器官和組織影像的原則?這些都不是從一項(xiàng)研究發(fā)展到另一項(xiàng)成果的直接路徑啊!

再者，僅僅因?yàn)橐豁?xiàng)技術(shù)過時(shí)了——就像白熾燈一樣——并不表示它永遠(yuǎn)就會(huì)一直這樣下去。技術(shù)的變化和進(jìn)步能夠提供重新審視和復(fù)蘇舊有技術(shù)的動(dòng)機(jī)。記得在許多年以前，我曾經(jīng)因?yàn)檩p傷而必須進(jìn)醫(yī)院縫幾針，我后來發(fā)現(xiàn)幫我縫合傷口的醫(yī)生也在哈佛醫(yī)學(xué)院(Harvard Medical School)進(jìn)行先進(jìn)研究——他們利用水蛭加速傷口愈合和處理凝血，并研究如何控制并評估其效果。這種技巧其實(shí)早在幾百年前就在使用了，只是后來基于種 種原因而被文明社會(huì)拋棄了。(所幸我當(dāng)時(shí)并不知道他的研究工作，也還好沒拿我當(dāng)實(shí)驗(yàn)對象!)

你希望看到白熾燈泡有機(jī)會(huì)再次大放異彩嗎?或許這項(xiàng)新技術(shù)真的能做到。