Учеными КазНУ им. Аль-Фараби разработана уникальная технология повышения интенсивности свечения газоразрядных ламп на основе нанотехнологиий, имеющих низкую себестоимость при высоком качестве. Более того, интенсивность свечения разработанной лампы больше в полтора раза по сравнению с аналогичными люминесцентными лампами при равном энергопотреблении, что было подтверждено в ходе лабораторных испытаний.
С развитием цивилизации спрос на все виды энергии растет из года в год. В связи с увеличением потребления энергоресурсов и сокращением природных запасов тариф на электроэнергию постоянно растет. Повышение энергоэффективности на бытовом уровне и энергосбережение зависят от каждого потребителя индивидуально, тем не менее, ученые активно участвуют в решении этой проблемы. К примеру, ученые Казахского национального университета имени Аль-Фараби модернизировали технологию изготовления экономичной лампы и разработали новую модель энергосберегающей лампы. Её главная особенность заключается в улучшении технических характеристик люминесцентной лампы с помощью нанотехнологий.
Экономичная лампа изготовлена в Национальной лаборатории нанотехнологий открытого типа при КазНУ им. Аль-Фараби. По словам руководителя проекта кандидата физико-математических наук, лауреата Государственной премии Республики Казахстан Мерлана Досболаева, существенных изменений в технологии – изготовления светильника нет. Главное – эффективно использовать энергоресурс. По его словам, первый проект был презентован в 2011 году на научном семинаре под руководством академика Тлеккабыла Рамазанова.
– Наша лаборатория занимается изучением физики и техники плазмы. Плазму можно получить в разных условиях. Наиболее подходящая лабораторная плазма получается в газовом разряде. Газовый разряд – это прохождение электрического тока через газовую среду. Образовавшаяся в этот момент плазма газового разряда дает свет. Результатом нашей работы стало увеличение интенсивности освещения разряда и создание энергосберегающих ламп нового образца. Всего существует несколько видов электрических ламп. Например, в связи с тем, что лампа классического типа потребляет много электроэнергии, в настоящее время мы не используем ее в быту. Такие лампы тратят на свет только 15-20 процентов приходящей на них энергии, остальное уходит на тепло. Затем появились газоразрядные лампы. Он тратит 60-70 процентов своей энергии на производство света. Третье-светодиоды, которые в настоящее время широко используются. Они потребляют 80-90 процентов энергии на свет, но качественные образцы стоят очень дорого. Изготовленная нами электрическая лампа относится к типу газоразрядных ламп. Особенность этих ламп – повышенная светопропускаемость, – говорит руководитель проекта Мерлан Досболаев.
Ученые отмечают, что при изучении в лаборатории различных физических свойств плазмы газового разряда, вводя в состав микро -, нано-частицы, их светоизлучение увеличивается в несколько раз. Одним словом, светоотдача газового разряда увеличивается без изменения потребления электроэнергии.
– При одинаковом потреблении энергии в лабораторных условиях интенсивность света плазмы газового разряда, содержащей наночастицы, увеличилась в 2 раза, – говорит Мерлан Досболаев. – Позже появилась мысль о создании нового варианта газоразрядных ламп на основе нанотехнологий. Основываясь на результатах этих исследований в 2012-2013 годах, мы опубликовали научные статьи в таких журналах, как Physics of Plasmas, CPP. Затем приняли участие в конкурсе «Фонд науки», где получили патент на эту новинку. На сегодняшний день занимаемся производством этого проекта по гранту «Фонда науки». Надо отметить, что для эффективной работы светодиодных ламп нужны дорогостоящие технологии. Большинство таких светильников, которые сейчас стоят на полках магазинов, изготавливаются из недорогих материалов. Сами знаете, качественные товары стоят дорого. В этом плане наши лампы намного дешевле, чем на рынке.
Постдокторант КазНУ и старший научный сотрудник Института Саги Оразбаев рассказал еще об одном преимуществе этого светильника. По словам ученого, прежние лампы в случае поломки вызывали определенное количество радиации. В лампах, изготовленных специалистами университета, вместо ртути используется амальгама. «Мы знаем, что этот элемент оказывает негативное влияние на здоровье человека. С точки зрения безопасности, амальгама является очень эффективным решением. Можно сказать, что ртуть мы вообще удалили, но доставили как можно меньше. Заменили его смесью ртути с металлами – амальгамой. В дальнейшем мы рассматриваем способы его полного удаления», говорит молодой ученый. Амальгама – это соединение небольшого количества ртути с другими металлами. Таким образом, он входит в состав газового разряда, изменяя спектр света и увеличивая его интенсивность.
– Четвертое состояние вещества – плазма. Мы заметили, что при введении в его состав наночастиц интенсивность света увеличивается в несколько раз. Об этом мы публиковали статьи в высокорейтинговых зарубежных журналах. К ним положительно отнеслись представители зарубежного научного сообщества. Отсюда и возникла мысль о том, как мы будем использовать это явление. Внутри плазмы имеется так называемая пылевая плазма. Это буферная (чистая) плазма с монодисперсными частицами внутри микро -, нано-размеров. Если сжечь плазму инертными газами, то можно получить чистую плазму. Если добавить к этим инертным газам только немного реактивных газов: метан, силан, ацетилен и т. д., то можно получить наночастицы. При этом интенсивность света плазмы увеличивается в несколько раз. В даное время на рынке энергосберегающих ламп лидируют люминесцентные лампы (тип газоразрядной лампы) и светодиодные лампы. И еще один вид, который еще не дошел до нашей страны – это индукционная лампа. Он также изготавливается на основе газоразрядной лампы. Его больше всего используют в Америке, Канаде и в некоторых странах Европы. Эффективность этих ламп очень высокая, – говорит Саги Оразбаев.
Соискатель проходил научную стажировку в Орлеанском политехническом университете Франции. Там же ему удалось полностью изучить эффект повышения интенсивности света и определить, как изменяется интенсивность света по размерам наночастиц. Новаторы получили патент в 2013-2014 годах. В результате создали новую высокоинтенсивную наночастичную газоразрядную лампу. Этот проект занял первое место в университете, а также в том же году выиграл номинацию на лучший социальный проект в проекте Business Forum Almaty. В настоящее время на рынке энергосберегающих ламп существует множество видов товаров, отвечающих вашему запросу. Но сейчас, придерживаясь принципа открытой экономики, на рынке можно встретить как качественные, так и некачественные вещи. Это касается и светодиодных ламп. В настоящее время рядовой потребитель уделяет большое внимание цене, отдавая предпочтение некачественному, дешевому товару. Но, надо учесть, что некачественные светодиодные лампы создают линейные спектры, которые вредны для глаз.
– При использовании светодиодных ламп интенсивность света передается линейно, – обьясняет Саги Оразбаев. – Это вредно для глаза, повреждает определенные капилляры, отвечающие за длину волны глаза. От такого света глаза подвержены таким болезням как дальтонизм, куриная слепота. Это научно доказано мировым сообществом. Первыми начали использовать эти светодиодные лампы Корея и Япония. Известно, что в основном первопричиной глазных заболеваний является именно такая система освещения. Человеческий глаз привык к естественному источнику света. На естественный свет с солнечным лучам больше походят лампочки с тоненькими вольфрамными спиралями. Но они забирают много энергии. Последующее приближение к естественному свету – это люминисцентные и индукционные лампы. Изначально у этой лампы тоже было много недостатков. Но со временем в результате различных исследований удалось их убрать. В настоящее время по современной технологии создаются светодиодные лампы с установкой специальных линз, они более приближенные к естественному свету. Чтобы сделать свет линейного спектра похожим на естественный солнечный свет, нужно использовать различные фокусирующие линзы. Это дорогостоящая технология. Поэтому цена таких ламп не будет низкой. В связи с этим цена на качественные светодиодные лампы остается высокой.
Говоря о цене, нельзя не остановиться на себестоимости продукции, производственных процессах. По словам Саги Оразбаева, у нас в стране пока не налажено производство необходимого сырья для лампы – стекла, электродов, нужных электроизделий. «Несмотря на то, что у нас интеллектуальная собственность, большинство сырья для производства приходится добывать из таких стран, как Россия, Китай», – говорит ученый.
Ученые КазНУ за три года проект успешно завершили. По словам директора Национальной нанотехнологической лаборатории открытого типа Мухита Муратова, в дальнейшем стоит задача реализации продукции.
– Рассматриваем возможность участия в конкурсах по государственным закупкам. В будущем планируем продавать 100 тысяч штук в год. В настоящее время в них заинтересованы учебные заведения и государственные учреждения, такие как университеты, школы, колледжи. Во многих таких организациях установлены газоразрядные люминесцентные лампы. Замена требует больших затрат. А ставить нашу экономичную газоразрядную лампу для потребителей гораздо выгоднее. В настоящее время в здании физикотехнического факультета нашего университета мы установили энергосберегающие лампы собственного изобретения. В дальнейшем на всех корпусах учебного заведения планируется использовать энергосберегающие лампы, изобретенные учеными КазНУ. Таким образом, мы уверены, что проект выйдет на уровень окупаемости за три года, – рассказал о будущих планах руководитель лаборатории.
Еженедельная производственная мощность экономичной лампы, изготовленной в Национальной лаборатории нанотехнологий открытого типа при КазНУ им. Аль-Фараби, составляет около 3000 единиц, и на сегодняшний день с помощью мелкосерийного производства изготовлено 50000 единиц ламп типа Т5 и Т8.
Каиржан ТУРЕЖАНОВ
