在平坦的白熾燈表面增添再輻射奈米結構的創新研究,能夠為這種經典但效率低的光源帶來重生的機會嗎?

每當看到古老的白熾燈泡,總會有一種帶點感傷與憐憫的感覺油然而生。它曾經象徵著一種技術奇蹟,為這個世界帶來安全、高效率的照明,更完整地改變了這個社會。然而,它現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。

在能源成本和監管命令的雙重壓力下,白熾燈泡幾乎沒什麼轉寰的餘地,原本在大多數消費和商業應用中的位置逐漸被小型螢光燈(CFL)以及日益增加中的LED等節能燈泡取代了。不過,白熾燈仍然受到許多特定應用的青睞。如今,淘汰白熾燈可說是合情合理,因為它的效率僅有2%-3%,而CFL (約7%-15%)與LED (約5%-20%)的效率較其更高好幾倍。

這就是為什麼我最近對於美國麻省理工學院(MIT)的一項研究極其感興趣之故。MIT的一支研究團隊對於提高白熾燈泡的效能進行了重要研究,而且也已經完成了概念驗證。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構,以捕捉能量並使其反射回燈絲中,因而讓非發光輻射能量不至於像熱耗散一樣地浪費掉。如此則可使其像可見光一樣重複進行吸收,然後再發射(如下圖所示)。

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

迄今為止,MIT的研究人員已能讓白熾燈泡達到6.6%的發光效率了,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」並不是傳統的鎢絲,而是一種更平坦的鎢絲薄片,以利於雷射切割至適合尺寸。

然而,這樣的設計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?當然,我並不確定。即使這項研究與發展成功了,從實驗室原型 、小規模生產到大眾市場與低成本生產,也還有巨大且困難的路要走。再者,被動與主動電子元件供應商在這段期間將持續投入巨大資本,讓CFL與LED成為更可行的替代方案。

從許多方面來看,這項技術研究最終能否成功商用化並不是討論的重點。這些研究的特點之一就在於我們從來不知道他們將導向何方。因為進步的路徑並不是直線型的,可預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的進展,它可在高溫範圍(3,000K)下操作,而且擁有許多特點。

此外,我們也知道某個領域(即使是死胡同)的發展通常會成為其他領域的另一項創新基礎。畢竟,誰會想到揭示分子在量子實體層的自旋瞬間,最終會成為以核磁共振影像(MRI)系統創造人體大量器官和組織影像的原則?這些都不是從一項研究發展到另一項成果的直接路徑啊!

再者,僅僅因為一項技術過時了——就像白熾燈一樣——並不表示它永遠就會一直這樣下去。技術的變化和進步能夠提供重新審視和復甦舊有技術的動機。記得在許多年以前,我曾經因為輕傷而必須進醫院縫幾針,我後來發現幫我縫合傷口的醫生也在哈佛醫學院(Harvard Medical School)進行先進研究——他們利用水蛭加速傷口癒合和處理凝血,並研究如何控制並評估其效果。這種技巧其實早在幾百年前就在使用了,只是後來基於種種原因而被文明社會拋棄了。(所幸我當時並不知道他的研究工作,也還好沒拿我當實驗對象!)

你希望看到白熾燈泡有機會再次大放異彩嗎?你是否想到其他曾經「被淘汰」的技術在經過一段時間消聲匿跡後再次以嶄新面貌「重現江湖」?

編譯:Susan Hong

(參考原文:Can Incandescent Bulbs Make a Comeback?,by Bill Schweber)