Wie FIPEL-Glühbirnen funktionieren

Unternehmen lieben ihre fluoreszierenden Büroleuchten ; Büroangestellte, nicht so sehr. Diese Lichter sind zwar energieeffizienter als herkömmliche Glühlampen, aber sie neigen zum Flackern und geben einen seltsamen, unnatürlichen gelben Farbton ab, über den sich einige beschweren. Schlimmer noch, sie geben oft ein kontinuierliches Summen von sich, das so lästig und nervtötend werden kann, dass man sich irgendwann vorstellt, der Wissenschaftler zu sein, der im Horrorfilm „Die Fliege“ von 1958 versehentlich in einen Mensch-Insekten-Hybrid verwandelt wurde .

Seit mehr als 60 Jahren ertragen die Menschen die visuellen und akustischen Mängel von Leuchtstofflampen, seit sich Leuchten, die diese Technologie verwenden, nach dem Zweiten Weltkrieg verbreitet haben. Ein Artikel aus dem Jahr 1947 in der Zeitschrift Popular Mechanics verglich ihren Klang beispielsweise mit „einer fliegenden Biene in der Stille eines Schlafzimmers“ und mahnte Hausbesitzer, sie an Orten wie Dachböden und Kellern zu installieren, wo sie Schläfer nicht zum Umherwerfen bringen würden und drehe unruhig [Quelle: Brown ]. Während neuere Leuchtstoffröhren nicht mehr ganz so stark summen wie ihre Vorgänger, machen sie immer noch genug Lärm, um lästig zu sein.

Aber es gibt eine neue Glühbirne am Horizont, die länger hält als eine Leuchtstoffröhre und leise ist; verbraucht weniger Energie als eine Glühlampe und/oder sogar eine Kompaktleuchtstofflampe (CFL); und emittiert nicht das bläuliche Licht der CFL oder der Leuchtdiode (LED). Forscher der Wake Forest University in North Carolina und des Trinity College in Irland haben eine neuartige Leuchte entwickelt, die auf der feldinduzierten Polymer-Elektrolumineszenz-Technologie basiert , die auch als FIPEL bekannt ist . Sie arbeiten bereits mit einem Unternehmen namens CeeLite zusammen, um FIPEL-Leuchten herzustellen, und hoffen, sie bis Ende 2013 auf dem Verbrauchermarkt zu haben [Quelle: Neal , Spector ]

In diesem Artikel erklären wir, wie die FIPEL-Beleuchtung funktioniert und warum viele darin einen potenziell enormen Fortschritt sehen.

1. Warum Neonlicht so nervig ist
2. Eine neue Art von Glühbirne
3. Warum FIPEL-Leuchten die Zukunft sein können

General Electric führte erstmals Leuchtstofflampen auf der New Yorker Weltausstellung 1939 ein. Sie waren sofort ein Hit in der Industrie, weil die Lampen eine lange Lebensdauer hatten und daher weniger Installation und Wartung kosteten. Aber sie waren bei gewöhnlichen Menschen wegen dieses verdammten Lichtsummens und des grellen Lichts, das die Lampen ausstrahlten, nicht so beliebt [Quelle: Adams ]. Wo kommt das her?

Leuchtstofflampen sind im Grunde genommen Röhren, die mit einer Mischung aus einem Inertgas wie Argon und etwas Quecksilber gefüllt sind. Wenn elektrischer Strom in die Röhre gepumpt wird, kollidieren die Elektronen mit den Quecksilberatomen, regen sie an und veranlassen sie, ultraviolettes Licht freizusetzen [Quelle: Adams ]. Phosphore genanntes Material , das das Innere der Röhre auskleidet, wandelt das ultraviolette in sichtbares Licht um. Das Problem ist, dass der Strom in der Röhre, wenn er sich selbst überlassen würde, auf gefährliche Werte ansteigen würde, bis er den Leistungsschalter in Ihrem Haus auslöst. Ein Gerät namens Vorschaltgerät verhindert dies, indem es ein Magnetfeld erzeugt, das den Stromfluss gerade genug behindert, um Sie zu schützen [Quelle: Adams ].

Insbesondere in älteren Leuchtstofflampen hat das Magnetfeld des Vorschaltgeräts die Tendenz, einen Effekt namens Magnetostriktion zu verursachen . Das bedeutet, dass das Magnetfeld den Kern des Vorschaltgeräts tatsächlich zusammendrückt und seine Form leicht verändert. Dadurch quietscht Ihre Leuchtstofflampe immer und immer wieder, etwa 120 Mal pro Sekunde [Quelle: Adams ]. Nerviger kann man eine Alltagstechnik wohl nicht gestalten. Deshalb brauchte es eine ganz neue Technologie, um das zu umgehen.

Die positive Seite des Summens

Magnetostriktive Wandler wurden von Sonarsystemen verwendet, um Schall vom Meeresboden abzuprallen und Hitlers U-Boote während des Zweiten Weltkriegs zu erkennen [Quelle: Physics 24/7 ].

Forscher von Wake Forest und Trinity haben die FIPEL-Technologie nicht wirklich erfunden – die früheste Veröffentlichung darüber scheint von österreichischen Forschern im Jahr 1992 veröffentlicht worden zu sein – aber ihr Gerät ist das erste, das sie in eine brauchbare Lichtquelle verwandelt [Quelle: Dillow , Grem, et al .].

Anstelle von Quecksilber oder den Filamenten in altmodischen Glühlampen enthalten FIPEL-Leuchten mehrere Polymerschichten – Kunststoff –, die mit einer Iridiumverbindung und einer kleinen Anzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen durchdrungen sind. Letztere sind zylindrische Strukturen, die in Laboratorien gebaut wurden und so winzig sind wie 1/10.000 des Durchmessers eines menschlichen Haares! Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien haben diese Nanomaterialien viele neue Eigenschaften, wie erhöhte Festigkeit, chemische Reaktivität und/oder Leitfähigkeit [Quelle: Europäische Kommission ]. Wenn elektrischer Strom in die FIPEL-Röhre fließt, regt er sie an, Licht zu erzeugen, genauso wie es elektrischer Strom tut, der durch Quecksilber in einer Leuchtstoffröhre fließt. Diese Energie wird durch die Polymere gefiltert, um Licht zu erzeugen [Quellen: Dillow ,Elektronik wöchentlich ].

In Bezug auf die Energie ist die FIPEL-Leuchte doppelt so energieeffizient wie eine CFL, etwa so energieeffizient wie eine LED . Aber es hat keine ätzenden Chemikalien wie die CFL, die eine kleine Menge Quecksilber enthält. Und da es sich um Kunststoff handelt, ist der FIPEL leicht zu recyceln. Die Glühbirne hat eine Lebensdauer von 25.000 bis 50.000 Stunden, etwa so viel wie eine LED. Wake Forest-Physikprofessor David Carroll, der der Erfinder ist, sagte, dass in seinem Labor seit einem Jahrzehnt eine Glühbirne brennt [Quelle: Neal , Spector ].

Forscher sagen, dass FIPEL-Leuchten so hergestellt werden können, dass sie nahezu jede Farbe des sichtbaren Lichts im Sonnenspektrum erzeugen. Wie Carroll der BBC sagte, sind FIPEL-Leuchten in dieser Hinsicht Kompaktleuchtstofflampen weit überlegen . „[CFLs] haben einen bläulichen, harten Farbton“, erklärte Carroll. „Es ist nicht wirklich angenehm für das menschliche Auge; die Leute klagen über Kopfschmerzen und der Grund dafür ist, dass der spektrale Inhalt dieses Lichts nicht mit dem der Sonne übereinstimmt – unser Gerät kann das Sonnenspektrum perfekt anpassen.

„Wir sind heller als eine dieser Schnörkelbirnen und ich kann Ihnen jeden gewünschten Farbton für das weiße Licht geben“, fügte Carroll hinzu [Quelle: McGrath ].

Da sie aus Kunststoff bestehen, können FIPEL-Leuchten außerdem in eine Vielzahl von Formen gegossen werden – von Glühbirnen, die in die alten Fassungen passen, die für Glühlampen ausgelegt sind, bis hin zu großen Platten oder Platten, die in die Räume über Deckenplatten passen könnten hinter Wänden, so dass ein weiches, unaufdringliches Licht gleichmäßig im Raum verteilt werden kann [Quelle: Dillow ].

In Bezug auf die Kosten sagte ein Unternehmensberater von CeeLite, dass die hergestellten FIPEL-Glühbirnen weniger als LEDs , aber etwas mehr als CFLs kosten sollten [Quelle: Spector ].

Ein Kritiker stellte in Frage, ob FIPEL tatsächlich ein Durchbruch war, da warmweiße LEDs bereits verfügbar sind (ohne den bläulichen Farbton) und Kompaktleuchtstofflampen nur eine winzige Menge Quecksilber enthalten, zu wenig, um eine große Umweltgefahr darzustellen [Quelle: Holloway ]. Aber die meisten Reaktionen waren positiv. Die Website Engadget nannte FIPEL zum Beispiel die „Superbirne“ [Quelle: Cooper ].

Anmerkung des Autors: Wie FIPEL-Glühbirnen funktionieren

Neonlicht hat für mich viele seltsame Assoziationen. Als ich in den 1960er Jahren ein Junge war, verbrachte ich viel Zeit in der Tierabteilung von Woolworths Five-and-Ten-Laden und bewunderte die farbenfrohen tropischen Fische und die Vielfalt an Schildkröten, Chamäleons und anderen winzigen Reptilienwesen, die ihre Zeit verbrachten kurze Leben in winzigen Glasterrarien, umgeben von Plastikpflanzen und getaucht in unheimliches, flackerndes Neonlicht. Jahre später, als ich in einer fensterlosen Ecke eines Zeitungsbüros arbeitete, verbrachte ich lange Tage und Nächte damit, von den summenden, flackernden Deckenlichtern in das gleiche unnatürliche Licht getaucht zu werden. Endlich wurde mir klar, wie sich diese Reptilien anfühlten.

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