Светоизлучающий материал, светоизлучающее тело и способ излучения света

Светоизлучающий материал, светоизлучающее тело и способ излучения света

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к светоизлучающему материалу, пригодному для использования в светоизлучающем теле, и к способу излучения света. В частности, данное изобретение относится к светоизлучающему материалу, который требует меньше энергии возбуждения для излучения света и имеет чрезвычайно высокую яркость излучаемого света относительно энергии возбуждения, и к светоизлучающему телу с низкой характеристикой возбуждения и высокой яркостью, состоящему из светоизлучающего материала.

Уровень техники

Освещение является областью техники, особенно важной для человека. Начиная с использования ламп (светоизлучающих тел) с использованием древесины или жира, к настоящему времени разработано множество светоизлучающих тел. Современная широко развитая техника светоизлучения обеспечила применение, например, ламп накаливания, люминесцентных ламп, ртутных дуговых ламп и натриевых ламп, которые используются в основном для общего освещения; неоновых трубок, часто используемых для различных дисплеев; плазменных дисплеев; различных лазерных светоизлучающих тел и светоизлучающих диодов.

В технике светоизлучающих тел, как в старой, так и в новой, следующие два главных требования всегда предъявлялись к светоизлучающему телу: (1) энергия, необходимая для излучения света, должна быть, возможно, малой, другими словами, светоизлучающее тело должно иметь низкую характеристику возбуждения, и (2) яркость относительно определенной энергии возбуждения должна быть, возможно, большой. С развитием техники светоизлучающих тел энергия возбуждения уменьшалась, а яркость увеличивалась. Однако практика требует дальнейшего уменьшения энергии возбуждения и увеличения яркости. Этого требуют также нежелательные явления в окружающей среде, вызванные использованием ископаемой энергии и проблемой истощения ископаемого топлива в недалеком будущем.

В связи с требованием улучшения характеристики низкого возбуждения и повышения яркости принимались различные меры. Например, в качестве примера усилий для улучшения характеристики низкого возбуждения предлагалось использование нанокристаллического люминесцентного вещества с целью улучшения светоизлучающей эффективности люминесцентного вещества (патентный документ 1). Это нанокристаллическое вещество получают, например, в результате реакции тетрагидрата ацетата марганца и ацетата цинка с сульфидом натрия в растворе. В этом случае получают нанокристаллическое люминесцентное вещество сульфида цинка с примесью марганца.

Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии №2000-104058.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения

Однако в указанном выше патентном документе 1 кристалл люминесцентного вещества получают с помощью химической реакции, что делает стадии изготовления сложными. Кроме того, светоизлучающая эффективность улучшается лишь в чрезвычайно ограниченном диапазоне люминесцентного вещества в качестве светоизлучающего тела, и улучшение характеристики низкого возбуждения и повышение яркости не достигается в широком диапазоне светоизлучающих тел.

Данное изобретение задумано с учетом указанной ситуации и задачей данного изобретения является создание светоизлучающего материала, способного снизить энергию возбуждения широкого диапазона светоизлучающих веществ и обеспечить значительное увеличение яркости с помощью простой конструкции, и светоизлучающего вещества, включающего в себя светоизлучающий материал.

Средства для решения задачи

Для решения указанной задачи изобретатели после тщательного выполнения многочисленных экспериментов и исследований получили следующие результаты.

Светоизлучающие тела, основанные на принципах излучения света, в основном включают: тела, использующие излучение света веществом в состоянии высокой температуры, такие как лампа накаливания или галогенная лампа; тела, использующие излучение света, создаваемое излучательным переходом электронов светоизлучающего вещества за счет возбуждения, например разряд ртутной лампы, ксеноновая лампа, натриевая лампа, люминесцентная лампа или т.п.; и тела, использующие эффект электролюминесценции, при котором электрическая энергия в светоизлучающем диоде преобразуется непосредственно в свет. Из названных тел светоизлучающее тело, излучающее свет за счет нагревания, имеет низкую энергетическую эффективность и поэтому не может быть в будущем широко применено в освещении. Остальные светоизлучающие тела, включая тела, использующие излучение света, создаваемое излучательным переходом электронов светоизлучающего вещества за счет возбуждения, и тела, использующие эффект электролюминесценции, в будущем возможно будут широко распространены. Из них светоизлучающее тело с использованием излучательного перехода электронов можно изготавливать с помощью более простого способа при низкой стоимости. Приняв это светоизлучающее тело, использующее излучательный переход электронов, за основу, изобретатели сосредоточили усилия на создании технологии для улучшения низких характеристик возбуждения и повышения яркости. Лампой освещения, использующей излучательный переход электронов светоизлучающего вещества за счет электрического разряда и имеющей наиболее простую конструкцию, является натриевая лампа. Сначала были проведены эксперименты и исследования с целью улучшения характеристики низкого возбуждения и повышения яркости этой натриевой лампы. В результате различных экспериментов по методу проб и ошибок наблюдались следующие эффекты.

Для изучения натриевой лампы в очень упрощенном виде помещали натрий, который является светоизлучающим материалом, в тигель в атмосфере инертного газа и поддерживали тигель при температуре около 350°С для расплавления натрия. В этом состоянии к натрию не прикладывается достаточное количество энергии возбуждения. Поэтому не наблюдалось излучения света (излучения света линии D) за счет излучательного перехода электронов не только невооруженным глазом, но также с помощью фотодетектора даже в темном окружении. В таком излучении света линии D на чрезвычайно низком уровне яркость нельзя увеличить до видимого уровня, пока к натрию не будет приложена с целью возбуждения высокая энергия лазера с переменной длиной волны или т.п. Однако теоретически можно утверждать, что даже в таком состоянии излучение света линии D происходит на чрезвычайно низком уровне. Затем в этом жидком натрии было равномерно распределено заданное количество (от 10 до 100 млн^-1) сверхмелких частиц никеля (в эксперименте сверхмелкие частицы имели размер частиц от 10 до 40 нм), которые являлись наночастицами. После равномерного распределения наночастиц, когда окружение было затемнено, невооруженным глазом наблюдали излучение света на поверхности натрия в тигле, подобное пламени. Этот эффект означает, что лишь после распределения небольшого количества наночастиц в натрии, который является светоизлучающим материалом, яркость его излучения света линии D можно значительно повысить до видимого уровня. Излучаемый свет линии D (свет, имеющий длину волны 589,6 нм) является, другими словами, светом освещения натриевой лампы. Эффект дополнительно тестировали посредством различного регулирования условий и получили достаточное подтверждение воспроизводимости и надежности.

Механизм эффекта, при котором яркость излучаемого света линии D натрия в состоянии низкого возбуждения увеличивается посредством добавления наночастиц, в настоящее время является не полностью понятным, однако были подтверждены его повторяемость и надежность. В данном случае представляется, что тип вещества наночастиц не является главным фактором, однако их размер является важным фактором.

В качестве составляющих наночастиц использовался, по меньшей мере, один тип, выбранный из металлов и неметаллов. Примеры металлов включают одноэлементные металлы, такие как медь (Cu), никель (Ni), титан (Ti) и кобальт (Со), их металлические соединения, такие как оксиды, нитриды и силициды; и сплавы, такие как нержавеющая сталь, хромомолибденовая сталь и т.п. Кроме того, примеры неметаллов включают кремний, углерод и т.п. Наночастицы можно получать посредством дробления металла или неметалла на частицы с диаметром не более 1000 нм, предпочтительно от 1 до 500 нм, более предпочтительно от 1 до 100 нм, так что получаются более мелкие наночастицы. Дополнительно к этому в настоящее время коммерчески доступны материалы в виде нанопорошка, например "мелкий порошок никеля", "мелкий порошок меди" и "мелкий порошок кобальта", изготавливаемые фирмой Sumimoto Electric Industries Ltd., "металлический нанопорошок никеля", "металлический нанопорошок меди" и "металлический нанопорошок кобальта", изготавливаемые фирмой Japan Nanotech Co, Ltd. и т.п.

Для повышения надежности эффекта повышения яркости излучаемого света было установлено, что наночастицы необходимо равномерно распределять в основном материале светоизлучающего тела. Кроме того, было установлено, что для обеспечения такого равномерного распределения важным фактором является образование оксидного слоя на поверхности наночастиц. При наличии оксидной пленки на поверхности наночастиц сродство (лиофильная характеристика) с твердым натрием, который является основньм материалом, является низким. Поэтому даже при достаточном перемешивании жидкого натрия при смешивании с наночастицами наночастицы частично соединяются и распределяются неравномерно. С другой стороны, если оксидную пленку на поверхности наночастиц удалить или уменьшить до состояния, когда оксидная пленка отсутствует, то сродство с твердым натрием, который является основным материалом, становится лучше. В результате при перемешивании твердого натрия при подмешивании наночастиц они распределяются проще и равномернее.

Способы для обеспечения состояния, в котором отсутствует оксидная пленка на поверхности наночастиц, можно грубо классифицировать как (а) способ удаления оксидной пленки перед смешиванием наночастиц с жидким натрием; (b) способ удаления оксидной пленки во время смешивания и (с) способ покрытия поверхности частиц атомами натрия во время изготовления наночастиц, другими словами, способ покрытия поверхности наночастиц атомами натрия перед образованием оксидной пленки на их поверхности.

А именно способ (а) можно обеспечить посредством помещения наночастиц, имеющих образованную оксидную пленку, в атмосферу водорода. Способ (b) можно обеспечить посредством подмешивания и взбалтывания поглотителя кислорода перед или после подмешивания наночастиц в жидкий натрий. Оксидная пленка уменьшается во время процесса перемешивания. Последний способ (с) можно обеспечить с помощью нового устройства. То есть можно использовать устройство, состоящее, по меньшей мере, из одной испарительной камеры, в которой натрий и материал наночастиц испаряется и смешивается в атмосфере инертного газа; камеры молекулярного пучка, соединенной с испарительной камерой через небольшое отверстие, в которой испаренная внутри испарительной камеры смесь, прошедшая через небольшое отверстие, попадает в атмосферу вакуума, и комплекс наночастица/натрий в виде, когда атомы натрия адсорбированы на поверхности наночастиц в испаренной смеси, отделяется от других атомов натрия и наночастиц в зависимости от разницы массы; и коллекторной камеры, соединенной с камерой молекулярного пучка, в которой отделенный комплекс наночастица/натрий собирается в атмосфере вакуума. С помощью этого устройства можно получать наночастицы, поверхность которых покрыта атомами натрия без поверхностной оксидной пленки.

Натриевая лампа содержит стеклянную трубку (светящуюся трубку), заполненную аргоном в качестве инертного газа, которая дополнительно содержит натрий, и при приложении напряжения к электродам, установленным на обоих концах светящейся трубки, вызывается электрический разряд в светящейся трубке. Кроме того, конструкция такова, что светящаяся трубка дополнительно покрыта защитной наружной трубкой и защитная наружная трубка заполнена азотом для предотвращения окисления металлических элементов электродов лампы. В этой натриевой лампе натрий возбуждается с помощью энергии электрического разряда для осуществления излучательного перехода электронов с целью излучения света.

Механизм излучения света натрием в натриевой лампе предполагает излучательный переход электронов. Теоретически средство возбуждения, которое вызывает излучательный переход электронов, не ограничивается использованием электрического разряда, а может также использовать излучение света высокой интенсивности, такого как свет лазера переменной длины, электрическое поле, плазму, ионизацию посредством подвода энергии нагревания и другие. Кроме того, светоизлучающий материал не ограничивается натрием и можно применять любое вещество, имеющее характеристику излучения света посредством излучательного перехода электронов. Например, как известно, можно использовать в качестве светоизлучающего основного материала различные люминесцентные вещества, инертный газ, такой как неон, или т.п.

Кроме того, обычная натриевая лампа имеет конструкцию, в которой электроды и натрий загерметизированы, что затрудняет снижение стоимости изготовления. С другой стороны, при помещении лишь натрия, содержащего наночастицы, в стеклянную трубку эффект электрического разряда может быть вызван в стеклянной трубке с использованием высокочастотного электрического разряда. Таким образом, для уменьшения стоимости изготовления можно создавать натриевую лампу с высокой яркостью без электродов, заключенных в стеклянную трубку.

Данное изобретение основано на указанных выше наблюдениях.

Светоизлучающий материал, раскрытый в пункте 1 формулы изобретения, содержит светоизлучающий основной материал и добавленные в него наночастицы.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.2 формулы изобретения, зависимом от п.1, состоит из вещества, которое излучает свет за счет излучательного перехода электронов в атомах материала.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.3 формулы изобретения, зависимом от п.1, содержит наночастицы, которые равномерно в нем распределены.

В светоизлучающем материале, раскрытом в п.4 формулы изобретения, зависимом от п.1, наночастицы распределены в результате добавления, за счет чего достигается низкая характеристика возбуждения и большая яркость излучаемого света.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.5 формулы изобретения, зависимом от п.1, характеризуется тем, что излучение света происходит за счет электрического разряда.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.6 формулы изобретения, зависимом от п.1, характеризуется тем, что указанный электрический разряд является дуговым разрядом.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.7 формулы изобретения, зависимом от п.6, является натрием, ртутью или люминесцентным веществом.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.8 формулы изобретения, зависимом от п.6, состоит, по меньшей мере, из двух или более типов натрия, ртути и люминесцентного вещества.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.9 формулы изобретения, зависимом от п.5, характеризуется тем, что электрический разряд является тлеющим разрядом, а светоизлучающий основной материал является инертным газом.

Светоизлучающий материал, раскрытый в п.10 формулы изобретения, зависимом от п.1, характеризуется тем, что излучение света происходит за счет приложения электрического поля, создания плазмы, ионизации нагреванием или облучения светом.

В светоизлучающем материале, раскрытом в п.11 формулы изобретения, зависимом от п.1, наночастицы являются, по меньшей мере, одним типом сверхмелких частиц, выбранных из металла или неметалла.

В светоизлучающем материале, раскрытом в п.12 формулы изобретения, зависимом от п.1, наночастицы имеют диаметр, равный или меньше 1000 нм.

Пункт 13 формулы изобретения относится к светоизлучающему телу, которое состоит из основного светоизлучающего материала и содержит добавленные наночастицы.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.14 формулы изобретения, зависимом от п.13, состоит из вещества, которое излучает свет за счет излучательного перехода электронов в атомах.

В светоизлучающем теле, раскрытом в п.15 формулы изобретения, зависимом от п.13, наночастицы равномерно распределены.

В светоизлучающем теле, раскрытом в п.16 формулы изобретения, зависимом от п.13, наночастицы распределены в основном материале в результате добавления, за счет чего достигается низкая характеристика возбуждения и большая яркость излучаемого света.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.17 формулы изобретения, зависимом от п.13, характеризуется тем, что излучение света происходит за счет электрического разряда.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.18 формулы изобретения, зависимом от п.17, характеризуется тем, что указанный электрический разряд является дуговым разрядом.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.19 формулы изобретения, зависимом от п.18, характеризуется тем, что содержит светоизлучающий основной материал, является натрием, ртутью или люминесцентным веществом.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.20 формулы изобретения, зависимом от п.18, характеризуется тем, что светоизлучающий основной материал состоит, по меньшей мере, из двух или более типов натрия, ртути и люминесцентного вещества.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.21 формулы изобретения, зависимом от п.17, характеризуется тем, что электрический разряд является тлеющим разрядом, а светоизлучающий основной материал является инертным газом.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.22 формулы изобретения, зависимом от п.13, характеризуется тем, что излучение света происходит за счет приложения электрического поля, создания плазмы, ионизации нагреванием или облучения светом.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.23 формулы изобретения, зависимом от п.13, характеризуется тем, что наночастицы являются, по меньшей мере, одним типом сверхмелких частиц, выбранных из металла или неметалла.

Светоизлучающее тело, раскрытое в п.24 формулы изобретения, зависимом от п.13, характеризуется тем, что наночастицы имеют диаметр, равный или меньше 1000 нм.

Пункт 25 формулы изобретения относится к способу излучения света и способ излучения света включает стадию приложения заданной энергии возбуждения к светоизлучающему материалу, при этом светоизлучающий материал состоит из светоизлучающего основного материала с добавленными в него наночастицами.

Способ излучения света, раскрытый в п.26 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что в качестве светоизлучающего основного материала используют вещество, которое излучает свет за счет излучательного перехода электронов в атомах материала.

Способ излучения света, раскрытый в п.27 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что наночастицы равномерно распределяют в светоизлучающем основном материале и используют в качестве светоизлучающего основного материала, за счет чего достигают увеличение яркости излучаемого света.

Способ излучения света, раскрытый в п.28 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что наночастицы распределяют в основном материале в результате добавления, за счет чего достигается уменьшение энергии возбуждения, необходимой для излучения света.

Способ излучения света, раскрытый в п.29 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что энергию электрического разряда используют в качестве энергии возбуждения.

Способ излучения света, раскрытый в п.30 формулы изобретения, зависимом от п.29, характеризуется тем, что в качестве светоизлучающего основного материала используют натрий, ртуть или люминесцентное вещество.

Способ излучения света, раскрытый в п.31 формулы изобретения, зависимом от п.29, характеризуется тем, что, по меньшей мере, два или более типов натрия, ртути и люминесцентного вещества используют в качестве светоизлучающего основного материала.

Способ излучения света, раскрытый в п.32 формулы изобретения, зависимом от п.19, характеризуется тем, что в качестве энергии электрического разряда используют энергию тлеющего разряда, а в качестве светоизлучающего основного материала используют инертный газ.

Способ излучения света, раскрытый в п.33 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что в качестве энергии возбуждения используют энергию электрического поля, плазму, ионизацию нагреванием или облучение светом.

Способ излучения света, раскрытый в п.34 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что в качестве наночастиц используют, по меньшей мере, один тип сверхмелких частиц, выбранных из металла или неметалла.

Способ излучения света, раскрытый в п.35 формулы изобретения, зависимом от п.25, характеризуется тем, что наночастицы имеют диаметр, равный или меньше 1000 нм.

Преимущества изобретения

Светоизлучающий материал и светоизлучающее тело, состоящие из светоизлучающего материала, согласно данному изобретению обеспечивают улучшение характеристики возбуждения и увеличение яркости, достигаемые лишь посредством добавления и распределения небольшого количества наночастиц в обычный светоизлучающий материал. Таким образом значительно снижается потребление энергии светоизлучающим телом, используемым для различного освещения и в дисплеях. Кроме того, достигаются преимущества, такие как увеличение яркости, продление срока службы, уменьшение размеров и увеличение скорости ответного излучения света светоизлучающего тела. Таким образом, использование данного изобретения оказывает глубокое влияние на промышленность.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено:

фиг.1 - иллюстрация первого варианта выполнения данного изобретения, схематично показывающая устройство для изготовления натриевого светоизлучающего материала с распределенными наночастицами посредством уменьшения поверхностной оксидной пленки наночастиц и равномерного распределения наночастиц в жидкой среде;

фиг.2 - иллюстрация первого варианта выполнения данного изобретения, показывающая состояние, в котором натриевый светоизлучающий материал в тигле, содержащий наночастицы, излучает свет при условиях, имитирующих натриевую лампу, в изометрической проекции;

фиг.3 - график яркости излучаемого света, показанного на фиг.2;

фиг.4 - иллюстрация пятого варианта выполнения данного изобретения, показывающая блок-схему устройства излучения света и устройства для измерения интенсивности излучаемого света с использованием Н-образной разрядной трубки, имитирующей натриевую лампу;

фиг.5 - иллюстрация шестого варианта выполнения данного изобретения, показывающая внутреннюю конструкцию натриевой лампы согласно данному изобретению в частичном разрезе, в которой в качестве светоизлучающего материала используется натрий с включенными распределенными наночастицами;

фиг.6 - иллюстрация девятого варианта выполнения данного изобретения, показывающая блок-схему натриевой лампы, при этом конструкция натриевой лампы упрощена посредством изменения источника энергии разряда; и

фиг.7 - иллюстрация десятого варианта выполнения данного изобретения, показывающая конструкцию люминесцентной лампы согласно данному изобретению в частичном разрезе, при этом в люминесцентной лампе в качестве светоизлучающего материала используется люминесцентный материал с распределенными наночастицами.

Перечень позиций

1 Тигель

2 Нагреватель оболочки

3 Жидкий натрий

4 Мешалка

4а Пропеллер мешалки

5 Термопара

6 Алюминиевая проволока (поглотитель кислорода)

10 Зона излучения света

20 Н-образная электроразрядная трубка

21 Сифон

22 Вакуумный насос

23 Датчик давления

24 Подающая труба

25 Тигель

26 Цилиндр с гелием

27 Расходомер

28 Терморегулятор

29 Слидакс

30 Трансформатор неонового знака

31 Спектроскоп

32 Осциллограф

40 Наружная трубка, выполненная из стекла

41 Светящаяся трубка

41а, 41b Электрод

42 Металлический элемент

50 Стеклянная трубка

51, 52 Металлическая трубка

53 Источник высокочастотной энергии

54 Плазма электрического разряда

60 Стеклянная трубка (разрядная трубка или люминесцентная трубка)

61а, 62а Контактный штырек

60, 62 Корпус

63 Электроды

64 Нить между электродами

65 Люминесцентный материал

Осуществление изобретения

Ниже приводится описание вариантов выполнения данного изобретения со ссылками на чертежи. Следует отметить, что варианты выполнения, описание которых приведено ниже, являются лишь иллюстрацией для соответствующего описания данного изобретения и не ограничивают данное изобретение.

(Первый вариант выполнения)

В данном варианте выполнения приводится описание примера выполнения эксперимента, проведенного для подтверждения структуры и принципа действия данного изобретения со ссылками на фиг.1.

На фиг.1 ссылочным номером 1 обозначен тигель, выполненный из керамического материала и расположенный в нагревающей оболочке 2, при этом тигель заполнен жидким натрием 3 при температуре 250-350°С под инертным газом. Примерно в середине тигля 1 установлен пропеллер 4а мешалки 4. Вблизи стенки установлена термопара 5 для измерения температуры. Кроме того, внутри тигля 1 размещена алюминиевая проволока 6 в виде спирали вдоль внутренней стенки, используется для поглощения кислорода.

В качестве наночастиц используются, например, сверхмелкие частицы никеля. Обычно непосредственно после изготовления этих сверхмелких частиц никеля на них уже образуется оксидная пленка. Поэтому частицы используются при условии наличия поверхностной оксидной пленки. Эти наночастицы постепенно добавляют в жидкий натрий 3 в тигле 1, пока они не составят от 20 до 30 мас.% общей массы натрия. Во время этого добавления пропеллер 4а мешалки постоянно вращается для достаточного перемешивания жидкого натрия 3. Алюминий, образующий алюминиевую проволоку 6, имеет более низкую стандартную свободную энергию образования, чем натрий или никель, во время образования оксида, и поэтому кислород, связанный с никелем, освобождается от никеля и затем связывается с алюминием. В результате поверхностная оксидная пленка сверхмелких частиц никеля редуцируется, за счет чего образуется состояние, в котором на поверхности сверхмелких частиц никеля отсутствует оксидная пленка. Сверхмелкие частицы никеля, не имеющие оксидной пленки на своей поверхности, сходны с жидким натрием 3 и поэтому они легко диспергируются и равномерно распределяются в жидком натрии 3. Это состояние можно точно подтверждать посредством отбора проб с использованием трубки для отбора проб, выполненной из нержавеющей стали (не изображена), и проведения измерения концентрации сверхмелких частиц никеля в пробе с помощью спектрометрии атомарной абсорбции.

Таким образом, при предварительном размещении поглотителя кислорода в жидкий светоизлучающий материал и смешивании жидкого светоизлучающего материала с наночастицами при постоянном перемешивании наночастиц удаляют тем самым поверхностную оксидную пленку и их равномерно распределяют. Таким образом можно эффективно изготавливать натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами.

Как показано на фиг.2, когда натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами, полученный указанным выше образом, помещают в темноту, можно наблюдать, что жидкий натрий в тигле 1 излучает свет с такой степенью яркости, что его можно видеть невооруженным глазом. Жидкий натрий без примеси наночастиц не имел бы такой степени яркости, которую можно было обнаруживать невооруженным глазом. Поэтому, например, яркость нельзя было обнаруживать даже с помощью фотодетектора, пока не было использовано лазерное устройство с изменяемой длиной волны для возбуждения излучения света линии D натрия с помощью света лазера. Однако лишь с равномерно распределенными наночастицами яркость увеличивается в такой степени, что ее можно обнаружить невооруженным глазом.

Затем тигель 1 был размещен в темноте и подобная пламени зона 10 излучения света натриевым светоизлучающим материалом с распределенными наночастицами в тигле 1 и ее окружение наблюдались с помощью устройства получения изображения с использованием приборов с зарядовой связью (CCD). Яркость пикселей видимых изображений анализировали и переводили в цифровую форму, за счет чего получали график, в котором расстояние от центра подобной пламени зоны излучения света представлена по горизонтальной оси, а яркость излучаемого света - по вертикальной оси. Этот график показан на фиг.3. Этот график выполнен в масштабе яркости излучаемого света, измеренной числом пикселей. При аналогичном наблюдении лишь обычного жидкого натрия, который не содержит наночастиц, пиксели яркости не возникали и поэтому построение графика было невозможно. Если бы на этой фиг.3 были отображены пиксели яркости, то линия накладывалась бы на базовую линию этого графика. На графике, показанном на фиг.3, можно видеть, что в натриевом светоизлучающем материале с распределенными наночастицами степень увеличения относительной яркости в зоне излучения света является чрезвычайно высокой.

(Второй вариант выполнения)

В указанном выше первом варианте выполнения в качестве наночастиц использовались добавляемые сверхмелкие частицы никеля. Во втором варианте выполнения использовались в качестве наночастиц добавляемые сверхмелкие частицы титана. Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами изготавливали аналогично первому варианту.

Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами измеряли аналогично первому варианту выполнения с помощью устройства получения изображения в темноте. Так же как в первом варианте выполнения, наблюдалось излучение света вышеуказанной яркости.

(Третий вариант выполнения)

В третьем варианте выполнения в качестве наночастиц использовались сверхмелкие частицы серебра. Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами изготавливали аналогично первому варианту выполнения.

Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами измеряли аналогично первому варианту выполнения с помощью устройства получения изображения в темноте. Так же как в первом варианте выполнения, наблюдалось излучение света с яркостью, указанной выше.

(Четвертый вариант выполнения)

В четвертом варианте выполнения использовались в качестве наночастиц добавляемые сверхмелкие частицы нержавеющей стали. Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами изготавливали аналогично первому варианту выполнения.

Натриевый светоизлучающий материал с распределенными наночастицами измеряли аналогично первому варианту выполнения с помощью устройства получения изображения в темноте. Так же как в первом варианте выполнения, наблюдалось излучение света с яркостью, указанной выше.

Металл наночастиц, использованных в четвертом варианте выполнения, является сплавом, т.е. металлом, образованным несколькими атомами, что отличается от одноэлементного металла, такого как никель, используемого в первом варианте выполнения, титана, используемого во втором варианте выполнения, и серебра, используемого в третьем варианте выполнения. Кроме того, химические свойства соответствующих металлов отличаются друг от друга. Несмотря на эти различия химической структуры и химических свойств, добавление наночастиц приводит во всех случаях, указанных выше, к увеличению яркости излучаемого света. Поэтому можно предположить, что вклад наночастиц в излучение света натриевого светоизлучающего материала с распределенными наночастицами согласно данному изобретению не является следствием свойств вещества, образующего наночастицы, а происходит из-за измельчения частиц до наноразмеров и распределения.

(Пятый вариант выполнения)

В пятом варианте выполнения для проверки увеличения параметров натриевой лампы за счет распределения наночастиц в натрии была создана светящаяся трубка с использованием Н-образной разрядной трубки, имитирующей натриевую лампу, и в ней вызывалось излучение света. Блок-схема устройства, используемого для этого излучения света, показана на фиг.4.

На фиг.4 позицией 20 обозначена Н-образная разрядная трубка, имитирующая натриевую лампу. Внутренне пространство этой Н-образной разрядной трубки 20 выполнено с возможностью создания разряжения с помощью вакуумного насоса, соединенного с одним из выходов устройства через сифон 21. Степень разряжения можно определять с помощью датчика 23 давления, установленного в сифоне 21. Кроме того, с другим концом Н-образной разрядной трубки 20 соединена подающая труба 20, а другой конец подающей трубы 20 соединен с внутренним пространством тигля 25. В тигель 25 подается по потребности один натрий или натрий с распределенными наночастицами и затем нагревается. Для этого тигель 25 соединен с гелиевым цилиндром 26 для подачи определенного количества потока гелия, регулируемого расходомером 27. Один натрий или натрий с распределенными наночастицами нагревается с помощью терморегулятора 28 в тигле 25 и подается в виде паров в Н-образную разрядную трубку 20 вместе с гелием в качестве носителя. После заполнения одним натрием или натрием с распределенными наночастицами Н-образную разрядную трубку 20 приводят в состояние электрического разряда с помощью трансформатора 30 неонового знака, регулируемого с помощью слидакса 29, что приводит к излучению света. Интенсивность излучаемого света измеряется с помощью спектроскопа 31 и наблюдается с помощью осциллографа 32.

В качестве наночастиц для натрия с распределенными наночастицами использовались сверхмелкие частицы титана. В устройстве, имеющем указанную выше конструкцию, температуру нагнетаемых паров одного натрия или натрия с распределенными наночастицами поддерживали между 250 и 270°С, а напряжение, приложенное к разрядной трубке, составляло 1200 В. В этих условиях измеряли излучение света и интенсивность излучения света.

В результате было установлено, что (1) светоизлучающий основной материал излучает свет линии D натрия; (2) интенсивность излучения света натрием увеличивалась на 10-20% с распределенными наночастицами и (3) интенсивность излучения света натрием с распределенными наночастицами, измеренная в течение длительного периода времени, равного 1 часу или более после начала излучения, не изменялась до конца измерения. Кроме того, распределение сверхмелких частиц титана, которые являются наночастицами, было подтверждено за счет обнаружения длины волны линии излучения титана (336 нм) во время измерения излучаемого света.

Эти результаты измерения подтверждают, что применение натрия с распределенными наночастицами (светоизлучающего материала) в натриевой лампе может обеспечивать эффект усиления излучения света, который сохраняется в течение длительного времени. Коэффициент усиления излучения света составил до 20%. При 83% потребляемой мощности (1/1,2) и количестве ламп освещения с использованием обычных натриевых ламп эффект усиления обеспечивает параметры освещения, эквивалентные современному уровню техники. Результирующий экономический эффект является значительным.

(Шестой вариант выполнения)

В шестом варианте выполнения используется, например, показанная на фиг.5 конструкция натриевой лампы (светоизлучающего тела) с использованием в качестве светоизлучающего материала натрия с распределенными наночастицами, полученными указанным выше способом.

Наружная трубка 40, выполненная из стекла, содержит внутри светящуюся трубку 41, выполненную из полупрозрачной керамики окиси алюминия, и металлический элемент 42. На верхнем и нижнем концах светящейся трубки 41 расположены соответственно электроды 41а и 41b для создания электрического разряда. Внутри этой светящейся трубки 41 используются в качестве светоизлучающих материалов, например, натрий с распределенными наночастицами и газ аргон аналогично первому варианту выполнени