Bonjour,
J'aimerai savoir quelle est la plus petite lampe a incandescence qui a été réalisé. Nous avions clamé avoir la plus petite mais j'aimerai savoir si c'est une erreur.
Détail, notre lampe n'est pas constitué d'un filament connecté au deux bouts.
Merci
Salut,
Quand tu dit "plus petite lampe a incandescence", entend tu par la puissance ou par la taille? un produit commercial courant ou un prototype?
A ma connaissance, la classe de lampe a filament a usage commercial (donc produit en grande quantite) la plus petite est sans conteste celle des montres de poignet. Ces lampes etaient utilises dans les annees 70-80 surtout pour le retro-eclairage d'ecrans LCD.
Leur taille est environs 1/4 de celle d'un grain de riz, avec un filament en simple spirale de l'ordre du mm de long, ou moins. La puissance consomme est de l'ordre de la dizaine de milliwatt sous 1V5, et peut donc etre directement alimente par une pile bouton. La faible puissance du filament necessitait une ampoule a vide afin d'eviter des pertes thermiques trop importantes.
Aujourd'hui ces lampes ont ete quasiment remplaces dans tout les cas par des leds ou par des feuilles electroluminescentes (connu sous le nom d'"indiglo" - voir effet Destriau)
Maintenant, si on considere d'autre possibilites d'incandescence, et des sources prototypes, alors il est possible de fabriquer une microlampe ayant deux fils de tungstene (disons 10 microns de diametre) formant des electrodes entre lesquelles on peut creer un arc, ou une series d'etincelles, sur une distance bien inferieure au millimetre. L'energie dissipee dans le maintient du plasma peu facilement chauffer l'anode jusqu'a incandescence.
Le probleme technologique est que plus la distance inter-electrode sera faible, plus il faudra accroitre la pression pour qu'un plasma soit effectivement cree sans avoir besoin de recourir a de tres forte tensions. De ce fait, et selon d'autres considerations, si on obtient bien une microlampe du point de vue des dimentions, sa consommation ne sera elle pas "micro". On aura une dissipation energetique relativement grande par rapport a la lampe de montre, car il faut en plus creer un plasma, ce qui est tres demandeur en energie.
Quand tu dit "notre lampe", cela veut dire que tu as fabrique une lampe pour un projet ou juste pour le fun?
A++
Max
Oui j'ai pas ete tres clair je l'avoue.
Tout d'abord par lampe a incandescence je voulait dire (je ne sais pas si c'est la définition exacte) une lampe fonctionnant par le passage du courant dans un filament qui provoque un chauffage Joule et l'émission de lumière du a la température elevé du filament.
Ensuite effectivement "notre lampe" concerne vraiment ,pour l'instant, la physique fondamentale. Elle marche dans un systeme UHV pour l'instant.
Donc elle marche sur le principe de l'émission de champ.
Notre ampoule est un (des) nanotube de carbone dont la longueur vaut 30-40 micron et pour des rayons de 20-30 nm. En appliquant un champ tu extrait des electrons du nanotube. Ce nanotube a une certaine résistance donc lorsque le courant est suffisant le nanotube va chauffer par effet Joule. On a mesurer des températures allant jusqu'a 2000 K au bout du tube. Et ce chauffage provoque l'émission de lumière. Pour un nanotube evidemment la lumière est juste visible a l'oeil (mais facilement photographiable). Donc evidemment pas moyen d'eclairer une piece avec un nanotube mais si on raisonne en terme de surface ou en terme de puissance utile cette lampe est peut etre pas si mauvaise.
Deux remarque si ca t'interesse :
Tout d'abord le principe de lampe ne peut pas marcher avec un métal classique (genre tungstene). Si tu fais la meme manip avec un metal, des que tu va commencer a chauffer par effet Joule, ton metal va fondre. Ce qui ce passe c'est que 1- La résistance du metal augmente avec la temperature donc des que tu commence a chauffer RI2, la resistance augmente donc le chaufage donc la résistance .... emballage 2- Quand tu commence a chauffer les atomes métalliques vont diffuser au bout du fil donc augmenter le courant extrait a voltage constant (je rentre pas dans les détails) donc augmenter le chauffage ...
Ces deux phenomene entraine une explosion de l'émetteur.
Si notre "lampe" marche dans le cas d'un nanotube de carbone c'est c'est que la resistance du nanotube diminue avec la température (rétroaction négative) et que les atomes sont liés par liaison covalente donc ne bougent pas.
Deuxieme remarque : Des japonais ou des coréens je crois on vraiment fait une 'ampoule classique' en remplacant le filament de tungstene (ou filament de carbone) par un filament fait en nanotube de carbone. Si ca t'interesse je peux te donner la ref.
Voila, je ne dis pas que notre ampoule est industrialisable mais il y a surement des choses amusantes a etudier. Mon reve serait de faire une lampe a incandescence marchant a l'air.
D'ailleur quelques questions . Vois tu un probleme a l'idée suivante. Je prend un nanofil tres grand et inerte genre SiC ... PAr emission de champ j'extrait les electrons a une tension tres faible genre 50 V pour ne pas créer de plasma qui viendrait bombarder mon fil et le nanofil chauffe (genre 2000 K) en emettant de la lumiere sans etre détruit par l'oxygene puisque qu'il est inerte chimiquement. Remarque je ne dis pas que ca marche. Mais vois tu un phenomene tout bete qui ferai que dans le principe ca ne marcherai pas.
MErci
Salut,
Si on rentre dans ce genre de consideration, alors les plus petits elements d'emission (can on ne peut plus parler de lampe, la) par incandescence obtenus sont des clusters de tungsten ou d'oxyde de molybdene (qq nanometres de diametre) dans un plasma d'argon-halogene. Cette idee date originellement des annees 50-60, ou on avais pense aux Etats-Unis a ameliore le spectre d'emission des arcs au mercure (tres employes la-bas) en introduisant de fines particules de tungstene dans l'arc. Cela n'a pas donne lieu a de nouvelles lampes car le tungstene portee a plus de 3000K s'evapore tres vite et se condense sur les parois du tube a decharge - puis l'avenement des sources aux iodures metalliques en 1965, grace a General Electric, a tue ce projet.Envoyé par lyonnais
Cependant Philips a remis cette idee au gout du jour dans les annees 80, avec l'emploi d'halogene afin de regenerer ces clusters de tungsten et d'eviter la deposition du metal sur les parois de l'enceinte. Ceci permet en effet de porter la temperature des clusters a plus de 3000C, emettant donc un spectre de type corps gris dont le maximum de puissance emise l'est dans le visible. Ce system impose quand meme des conditions d'operations assez drastiques, qui ont necessite entre autre l'emploi d'un plasma excite par microondes. L'histoire se repete encore, et en 1994 apparait la lampe microonde a soufre de Fusion Lighting qui sonnera le glas de la lampe a clusters.
Annee 2000, Fusion Lighting cesse la production de la lampe a soufre car non competitive face aux sources traditionelles, comme les lampes aux sodium, mercure et iodures metalliques. De plus, le rendement de ~50% et la duree de vie de 20000 heures des magnetrons utilises, plus la necessite de rotation mecanique de la lampe ont un impact majeur sur les charactristiques globales de la source. Cependant, l'idee en elle meme n'est pas morte, et a la date aussi recente que Juin dernier, la recherche concernant des clusters de metaux ou alliages et oxydes differents est tres active. Mais le probleme majeur de l'excitation subsiste, et tant qu'il sera necessaire d'avoir recours aux microondes, je pense que ces lampes ne quitteront pas les laboratoires. Une petite revolution aura lieue si un jour on arrive a faire des lampes a soufre avec des electrodes permettant un couplage directe entre le plasma Ar-S et le ballast.
En ce qui concerne les nanotubes, c'est vrai qu'il y a en ce moment beaucoup de recherches visant a les integrer dans des sources de la vie courante, comme les tubes fluos, les lampes classique et autres (voir plus bas).
Ton experience d'incandescence "indirecte" via l'emission d'electrons par effet de champ est tres interessante. Pas du point de vue de l'emission lumineuse, car le recours a l'emission electronique decroit necessairement l'efficacite lumineuse de la source globale - une partie de la puissance electrique consommee l'est precisement dans le but d'emettre des electrons, ce dont on se passerais bien dans une lampe a incandescence. Je pense que l'interet se porte plutot sur l'emission electronique elle meme, car l'elevation de temperature des nanotubes doit avoir un effet tres benefique dans l'emission par effet de champ (emission T-F dans ce cas?)
Si j'ai bien compris, tu te refere a un filament de metal seul? non?
La fusion dudit metal pose aussi le meme probleme dans les lampes a filament classiques. Le tungsten etant des plus refractaire (fusion a ~3650K), cela limite quand meme la temperature de fonctionnement a 2700-3000K. Donc le probleme est le meme pour une "nanofibre" de tungstene, le tout etant de limiter la temperature. Le probleme majeur sera par contre l'evaporation du metal, qui ne sera pas negligeable sous vide et aux vues des dimensions de la fibre.
En ce qui concerne l'accroissement de la resistance avec la temperature, tu a raisons mais pas en ce qui concerne l'embalement thermique - sinon il n'existerait pas de lampes a filament classique telles que nous les connaissons aujourd'hui (regulees en tension, ou en courant). L'accroissement de R avec T ne fait pas croitre R.I^2 a voltage maintenu constant, car I decroit selon I=U/R. Dans l'autre cas du courant maintenu constant, la temperature du filament ne s'accroit pas lineairement avec la puissance dissipee, car le filament dissipe son energie sous forme radiative (dans le vide - cf. loi de stefan) et atteindra un point de fonctionnement stable ou dR/dP=0.
Bien sur, si I ou U sont maintenus a des valeurs trop elevees, le filament "claquera", tout comme dans les lampes classiques.
Par contre, si tu considere non plus le filament seul, mais aussi la "diode a effet de champ" qui le connecte avec le reste de l'alimentation electrique (Ce n'est pas precise), alors la je suis d'accord avec tes commentaires.
Consideres-tu l'ensemble du systeme, ou alors le nanotube seul? D'apres la litterature la resistance des nanotube me semble plutot constante selon T, mais je peut me tromper, ce domaine n'etant ps ma specialite.
Le faite que tu ais une resitance dynamique negative n'implique pas que ton systeme soit electriquement stable dabs toutes les conditions. Seule une alim stabilisee en courant ou en puissance peut etre utilisee dans ces cas-la, et c'est precisement ce qui necessite l'emploi de ballasts avec les lampes a decharges (a quelques infimes exceptions pres).
Ce sont des Chinois et des Americains qui ont fait cette etude (J. Wei de Tsinghua University et B. Wei de Louisiana State University), ce, publie en Juin dernier. Je trouve leur article tres interessant, mais manquant tres cruellement de precisions sur les propriete photometrique (lm/W, depreciation avec la duree de vie, etc etc...). De meme, ils n'ont porte les tests de duree de vie qu'a 360h, ce qui est minime compare au 5000h+ de certaines lampes halogenes. De meme, aucun test de vibration mecanique n'a ete fait, et des problemes de ce genre ont tue bien plus d'un produit (les lampes a filament de SiC et celles a reflecteur infrarouge integral en sont des exemples notoires). Aussi, ils annoncent que des lampes de ce types verront le jour sur notre marche d'ici 5 ans - la suie de nanotubes coutant 10 foix son poid en or, je serais curieux de voir le prix de vente de cette lampe.
Il existe un probleme recurrent aux nouvelles technologies: le manque d'objectivite et un obtimisme sans fin qui en resulte. Bien sur, il ne faut pas etre pessimiste, mais seulement realiste. Dans les annees 1980, quand Philips a introduit la lampe fluocompacte, les experts du moment clamaient que les lampes a filament disparaitraient dans 20 ans. En 2000, le marche des fluocompactes est plus que mature, les Asiatique se sont engoufres dans ce creneaux depuis dix ans et ont fait chuter vertigineusement les prix de ces lampes, mais les ventes des lampes a filament est au plus haut et continue de croitre! pourquoi? simplement par-ce que ces lampes coutent presque rien a produire compare aux autres alternatives. Malgres les pietres performances de l'incandescence, il existera toujours une part non negligeable de consommateurs voulant acheter au moins cher (les Francais sont notoires pour cela)!
Si on regarde les predictions de marche des experts en LEDs et autre technologies emergentes, on est frappe par leur manque d'objectivite. D'une part il est tres frequent de trouver dans les etudes comparatives des donnees erronees ou non representatives concernant les technologies standard d'aujourd'hui. Et d'autre part les projections a long terme ne considerent pas l'evolution des technologies concurentes. Aussi trouve-t'on des predictions du genre: en 2020 les leds auront supprime les tubes fluos du marche, alors que ces tubes voient leur prix sans cesse decroitre et leur preformance s'accroitre.
En ce qui concerne les lampes a nanotubes, il y aura deja la barriere du cout de production qui sera necessairement plus elevee que celle des lampes qui sont presente depuis plus de 100 ans! Aussi, l'efficacite lumineuse sera moindre que celle des lampes fluocompactes, donc moins interessantes de ce point de vue. Donc si on arrive a resoudre d'autre problemes technologiques comme le spiralage des filament, le changement structurel des "cordes" de nanotubes avec l'age, la resistance mecanique etc... je doute fort que cette technologie pourra se rendre competitive a court terme.
Reve interessant, mais quel en sera l'interet? le presence d'un filament tres chaud necessitera sa protection afin d'eviter les incendies et les electrocutions. De plus les procedes actuels de fabrication des lampes a incandescence coutent seulement qq centimes, et l'elimination du processus de pompage et de remplissage de l'ampoule ne compenserait certainement pas les cout de recherche d'un filament non imflammable a haute temperature.
Historiquement, les recherches concernant les lampes a filament ont commence en ce sens, et dans les annees 1850 il existant deja des lampes a filament de platine (invention de Delarue), mais etait limitee dans sa temperature de fonctionnement. C'est ce dernier probleme cela qui a lance les recherche vers des lampes a ampoules sous vides.
Ben deja, le SiC est inerte jusqu'a quelle temperature? et envers quoi? Il n'y a pas que l'oxygene qui pose probleme, mais aussi des compose de soufre qui peuvent certainement intervenir.
Maintenant il ya le probleme de l'emissivite du SiC. A 2000K, quelle proportion sera emise dans l'IR, et quelle dans le visible. Quelque soit le nombre de nanofibre de SiC que tu utilisera, l'emissivite du materiau conditionnera l'efficacite de ta lampe - et je doute qu'elle soit tres bonne a 2000K
Troisiemmement, ton emission par effet de champ limitera ton rendement global, car comme je le disais plus haut, une partie de la puissance consommee le sera dans l'emission des ces electrons. Le plus simple etant encore de connecter directement les extremites des fibres a des electrodes, et cela donne precisement a lampe a fibre de SiC de Milewski (1990) dont les recherches se sont finies en 1993 a cause de probleme de finance, de cout exhorbitant de production et bien d'autre problemes.
Pour revenir a l'emission par effet de champ dans l'air, il y un autre probleme majeur, la presence d'especes electronegatives dans l'air qui formeront un nuage d'ions negatifs autours des nanotubes. Sans parler des problemes de contamination et de deposition diverses et variees qui auront lieu a la surface des fibres.
Au fait, dans quel labo travailles-tu? ton projet est il relate aux emetteurs electronique bases sur les nanotubes pour l'usage dans des ecrans plats? As-tu entendu parle des recherches de M. Croci et J.M Bonard a l'EPFL, en Suisse, concernant une lampe electroluminescente utilisant des emetteurs?
A++
Max
Tout d'abord merci pour tes renseignements. J'ai l'impression que tu fais plus que t'y connaitre un peu dans le domaine.
Je ne vais pas repondre d'un coup a toutes tes remarques (il y en a beaucoup).
Pour commencer par la fin.
Effectivement je travaille dans l'émission de champ. Ta remarque sur l'augmentation des performances de l'emission de champ par le chauffage est tout a fait exacte.
Ensuite disons que mes reves, il est vrai, concernent plus le coté fondamentale que l'application. Néanmoins ce type de source lumineuse ponctuelle dans certain type de microscopie champ proche par exemple. Si application rapide il y a, ce sera, a mon avis dans ce cadre la.
Sinon, effectivement je connais l'ancienne equipe de l'EPFL. Avec l'equipe de Dean (anciennement Motorola) c'etait nos meilleurs concurrents. Bonard a ete raporteur de ma thèse et j'ai discuté avec M Croci lors d'un seminaire que j'ai fait la bas. Ca m'a permis de voir fonctionner leur lampe. Mais aux derniere nouvelles Bonard travaille toujours chez Rolex et son equipe est dissoute (je crois que Croci a eu un poste de prof ailleurs) et Dean travaille sur un autre sujet. C'est sans doute pour cela que la qualité des articles sur l'émission de champ a nettement baissé !!!!!
Juste une remarque : Bonard s'est trompé sur l'origine de l'émission de lumiere des CNTs quand il parlait de luminescence (tout le monde a droit de se tromper,c'est pas une critique, surtout qu'il avait un spectre equivoque). L'emission n'est pas une incandescence indirecte par luminescence (quoiqu'on puisse discuter la dessus).
Enfin effectivement je travaille entre autre officiellement sur un projet d'ecran plat a base d'EC par des CNTs !! Tu parlais de manque d'objectivité de certaines personnes ... j'irai plus loin dans certains cas (ca dépend fortement des personnes).
Sinon comment fais tu pour connaitre autant de lampe et aussi l'emission de champ et les CNTs et ... Je ne vois personne en France travaillant sur tous ces sujets (meme pas a Grenoble ni a Thales)
A bientot pour des remarques sur tes explications.
Salut,
J'ai cru comprendre dans ton message precedant que les nanotubes de carbones sont relativement stable meme a haute temperature - chose qui est due a la nature covalente des liaisons entre les atomes de carbones.
Ma question est la suivante: connait-t'on la pression de vapeur de carbone dans le cas ou l'on fait chauffer des nanotubes? Je sais que cette pression est relativement eleve en ce qui concerne le graphite, et c'est precisement ce qui posais probleme avec les filament de carbone dans les premiere lampes. Mais est-ce ce que cett pression est bcp plus faible avec des nanotubes? (je tend a penser que oui)
C'est vrai que de cette maniere on pourait obtenir une source a spectre large mais presentant une coherence spatiale elevee. Cependant il y a toujour le probleme de la quantite requise de lumiere pour que les observations se fassent dans de bonnes conditions. Je pense quand meme que l'emploi d'arc a mercure sous tres hautes pressions (200-300 bars) permet l'obtention de sources a peu pres ponctuelles (apres filtrage spatial, bien sur).
Sinon, une application interessante pourrait etre dans les microscopes electroniques employant des sources a effet de champs. La taille des nanotubes en font des candidats interessants pour une sources electronique "ponctuelle".
Justement, je ne suis pas en France. Disons que la science des sources de lumieres a l'avantage d'englober un spectre tres larges de domaines scientifiques, et il se trouve que je fais en ce moment une These sur un sujet concernant les lampes. Non pas les nanotubes, mais plus oriente physique des plasmas.
A++
Max
Salut,
LA je vais n'avoir le temps que de répondre a tes dernières questions (c'est la rentrée et j'ai pas mal de choses a faire pour mon enseignement).
Sur la pression de vapeur du carbone dans le cas des CNTs, a vrai dire je n'en sais rien. Bien que la reponse m'intéresse. Ce que je sais c'est que les CNTs resiste a haute température dans une athmoshere neutre. Un traitement que j'ai vu sur les CNTs pour les recristalliser était 3000 K dans un gaz neutre.
Dans le cas de l'emission de champ, système diode dont je te parlai avant, le chauffage des CNTs par effet Joule peut se faire d'apres les derniers résultats jusqu'a 1600 K - 2000 K. Au dela le tube se détruit (plusieurs mécanisme apparemment) avec dans certains cas (celui que nous avons observé dans notre cas) une destruction graduelle de la longueur du tube. Cela sans doute par une combinaison température-champ. D'ailleurs c'est une des raisons pour laquelle l'application ampoule est limité puisque l'on emet principalement dans l'infra rouge (voir spectre Sveningson et al. par exemple qui ont confirmé nos résultats a l'epoque).
Mais dans le cas d'un filament entier, franchement j'en sais rien . Si tu trouve des renseignements d'ailleurs a ce sujet ca m'interesse.
Liés un peu aux remarques 1 et 2 il faut dire que tout dépend fortement de quel type de nanotube il s'agit. Surout en ce qui concerne les défauts. Entre un CNT produit par arc electrique et CVD les différences sont vite énorme. L'exmple le plus classique concerne le module de Young des CNT. Suivant la préparation (et donc la qualité) tu trouve des modules qui peuvent varier facilement entre 1 TPa pour les meilleurs et 30 GPa pour des CNTs de pas tres bonne qualité (facteur 1 a 30). De meme les défauts sont très sensible pour l'oxydation (et c'est sans doute ces défauts qui peuvent poser probleme a haute temperauture car ces atomes sont 'moins liés' que les autres. LA variation de la résistance des CNTs avec la température dépend aussi probablement beaucoup de ces défauts. Je reviendrai peut etre dessus.
Pour les larges larges bandes oui et, a l'epoque ou on reflechissait dessus, il y a aussi peut etre des pics intéressant correspond a certaines transitions (par exemple ce qu'ils observent avec leur lampe).
Oui, effectivement la Hollande. J'avais pas vu ecrit Eindhoven. Philips par exemple (qui a un projet europeen si mes souvenirs sont bons sur les écrans plats). Et en Emission de champs par exemple Niels de Jonge qui travaille entre Philips et FI pour des sources ponctuelles à base de CNTs (Le fameux Nature avec la petite erreur sur l'utilisation d'un MCP). Effectivement c'est un bon envirronement.
Je reviens sur le probleme précédent : d'ou vient le fait que la pression de vapeur soit si eleve dans le cas du graphite (pourtant les atomes sont quand meme fortement liés par du sp2).
A+
