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据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，美国政府正准备在全国范围内对常用白炽灯泡实施全面禁令，作为其提高能源效率和改善气候议程的一部分。

美国能源部于2022年4月确定一项禁止零售商销售白炽灯泡的规定，根据规定，白炽灯和类似的卤素灯泡将被禁止使用，取而代之的是发光二极管（LED）。该禁令定于2023年8月1日生效。目前美国能源部已经敦促零售商开始过渡售卖的灯泡类型，并在最近几个月开始向各公司发出警告通知。

(资料图)

根据美国能源部的公告，该规定将在未来30年为消费者每年节省约30亿美元的电费，并减少2.22亿吨的碳排放。据统计，美国年收入超过10万美元的家庭中有54%使用LED，而年收入在2万美元或以下的家庭中只有39%使用LED，这意味着即将实施的能源法规将对美国低收入人群产生较大影响。

白炽灯为何较为费电？LED灯是如何发明的？未来还有哪些新科技、新材料会应用在照明领域？

发光发热的白炽灯其实主要是发热？

爱迪生发明电灯的故事家喻户晓，但在爱迪生之前，已经有前人对白炽灯和交流电作出了开创性的贡献。人类研究电灯的历史悠久，白炽灯、卤素灯只是这段历史中的一环。

科普创作人周哲表示，美国发布白炽灯禁令主要是因为白炽灯比较费电。白炽灯又称灯泡灯，其工作原理就是简单的电能转化成热能和光能。白炽灯的“白炽”其实是一种状态，也就是说，“白炽”是灯丝加热到白炽、白热的状态。白炽灯之所以费电，是因为其能量转化中光能的转化比率非常低，只有10%左右。也就是说，白炽灯耗的大部分电，“都浪费掉了，都取暖了。”周哲调侃。

白炽灯禁令不仅禁用白炽灯，还有卤素灯。卤素通常情况下指的是氟、氯、溴、碘，白炽灯管中加入卤素主要是为了延长寿命，基本上能延长普通白炽灯的4倍寿命。卤素的加入增大了卤素灯的使用范围，其中最主要体现在车用上。“70%的车主要使用卤素大灯，禁用卤素灯对汽车行业来说，的确会有一些冲击。”周哲表示，“但如果只考虑禁用民用白炽灯和卤素灯，这个禁令可能并不会影响太多人。”禁用白炽灯和卤素灯，美国并非先例。早在2016年，欧盟就已宣布禁用卤素灯灯泡，直到2018年，卤素灯在欧盟国家正式退出历史舞台。另外，白炽灯、卤素灯由于价格低廉备受普通家庭青睐，因此通过禁令来节省电力消耗是必要之举。

LED白灯从无到有历经80多年？

LED全称Light Emitting Diode，又叫发光二极管，是一种可以将电能转化为可见光的固态半导体器件。“LED灯的主要工作原理就是电子激发。”周哲表示。

LED灯最早的灵感来源于1907年，英国物理学家朗德在研究碳化硅晶体时，发现电流通过碳化硅会发出微弱的黄光，虽然光比较弱，但与正常的灯相比，碳化硅晶体在发光时不怎么发热。碳化硅中的电子可以直接激发出光线，但是当时朗德研究了很久，始终没有提高碳化硅发光的亮度，只能停止研究。由于LED产生光的波长窄，颜色单一，因此LED的白灯研发之路漫漫。1962年，美国通用开发出第一种实用型的红光LED；10年后，黄光LED诞生；直到1994年，蓝光LED面世，根据色彩的三原色原理，这标志着白光LED灯的诞生成为了可能。为此，对于蓝光LED作出贡献的三名日本物理学家获得了2014年的诺贝尔物理学奖。从此，LED白灯进入量产阶段，大批LED白灯走入民众的生活中。

周哲表示，理想的灯具是只发光不发热，或者多发光少发热，而LED灯的光能转化效率可以做到60%左右，虽说LED白灯的光能转化效率偏低，只有40%左右，但与白炽灯的光能转化效率相比，LED灯是比较接近理想状态下的灯具。

100%光能转化的灯在研发路上了？

目前的科技无法研发出像萤火虫一样95%甚至是100%转化效率的灯具。“100%的转化效率可能不太现实，这样就违反热力学定律了。”周哲认为，“但假如在超导的加持下，未来灯具的100%转化效率还是有可能的。”

此外，周哲表示，目前比较火的灯具材料，如钙钛矿级的LED，“其内部的发射效率已经可以做到接近100%，”周哲描述，“但是钙钛矿级的LED半衰期太短，只有50个小时左右，因此这种材料的灯具距离可以商用还有很长一段时间。”

通过提高灯的光能转化效率可以一定程度上实现能源消耗减少，但还是无法摆脱未来能源紧缺的问题。假如能高效利用太阳能、风能或者可控核聚变等可持续发展能源，能源利用问题不再局限于人类发展，“未来我们只需要研究更亮、使用寿命更长的灯就行了。”周哲表示。

监制：李谦

记者：鹤佳

编辑：潘雨薇 马千雯