Брытанец, рускі ці амерыканцы? Хто вынайшаў святлодыёд і перавярнуў сусвет

11 118
16 мая 2022 в 8:00
Источник: Зміцер Адашкевіч

Брытанец, рускі ці амерыканцы? Хто вынайшаў святлодыёд і перавярнуў сусвет

Святлодыёды — адна з тых вынаходак, якія непрыметна, але кардынальна мяняюць наша жыццё. Па сваёй значнасці для развіцця цывілізацыі святлодыёды не саступаюць вынаходству транзістара, камп'ютара, інтэрнэту і нават паравой машыны. Цікава, што дагэтуль існуе шмат спрэчак адносна таго, хто ж прыдумаў гэты цуд тэхнікі. Брытанец з кампаніі Marconi? Ці савецкі фізік? А можа, наогул амерыканцы?

Электрычнасць у якасці крыніцы асвятлення сталі выкарыстоўваць амаль 150 гадоў таму. За гэты час мы навучыліся карыстацца двума тыпамі крыніц святла — цеплавым і газаразрадным. І толькі ў самым канцы XX стагоддзя з'явіўся трэці тып — паўправадніковы, які забяспечваецца святловыпрамяняльнымі дыёдамі.

Сучасны свет без святлодыёдаў уявіць немагчыма. Пры гэтым яны адносна нядаўна і непрыметна ўвайшлі ў наша жыццё. Памятаеце, як у крамах толькі з'явіліся незразумелыя LED-лямпы, а мы дзівіліся іх кошту і куплялі энергазберагальныя газаразрадныя лямпачкі? Але справа не толькі ў лямпачках, якія з цяперашнім энергаспажываннем штомесяц эканомяць нам дзясяткі і сотні рублёў. Без святлодыёдаў не было б сучасных смартфонаў, плоскіх тэлевізараў, дызайнерскага (ды і звычайнага) асвятлення. І гэта толькі бытавая сфера. У прамысловасці і гарадской інфраструктуры працягвалі б выкарыстоўваць састарэлых папярэднікаў святлодыёдаў, з-за чаго энергаспажыванне на планеце было б у сотні разоў вышэй, чым зараз.

Каму ж дзякаваць за ўсе гэтыя цуды?

Раўнд першы

Генры Раўнд нарадзіўся ў англійскім горадзе Кінгсвінфард. Ва ўзросце 21 года ён уладкаваўся ў кампанію Marconi, заснаваную знакамітым італьянскім радыётэхнікам Гульельмам Марконі ў Лондане. Для працы на фірму італьянец запрасіў шматлікіх навукоўцаў і інжынераў. Кампанія квітнела і ў канцы XIX стагоддзя пабудавала першы ў свеце радыёзавод.

Спачатку Генры працаваў простым інжынерам. Аднак праз некалькі гадоў яго адправілі ў амерыканскі філіял Marconi. Там маладому чалавеку дазволілі правесці шэраг прарыўных для таго часу эксперыментаў. Асабліва інжынера цікавіла індуктыўная шпуля са стрыжнем з парашковага жалеза. Акрамя таго, ён правёў некалькі эксперыментаў з перадачай радыёхваль над сушай і морам у розны час сутак і пры розных умовах надвор'я.

Зорная гадзіна Генры наступіла ў 1907 годзе. Праўда, ён гэтага так і не зразумеў і да канца жыцця наўрад ці ўсвядоміў прарыўны характар свайго адкрыцця. Падчас аднаго з эксперыментаў Раўнд заўважыў слабое каляровае свячэнне пры праходжанні электрычнасці праз злучэнне металу з карбідам крэмнію (карбарундам). Інжынер адзначыў з'яўленне жоўтага, зялёнага і аранжавага свячэння. Так была адкрыта электралюмінісцэнцыя — прынцып, па якім пазней будуць працаваць святлодыёдныя прыборы.

Сваё адкрыццё Генры апісаў у часопісе Electrical World у тым жа 1907 годзе. Праўда, асаблівага значэння ні ён, ні хто-небудзь іншы гэтаму не надалі. Было незразумела, як можна практычна выкарыстоўваць электралюмінісцэнцыю і што з ёй наогул рабіць.

У рэшце рэшт працу ў гэтым напрамку Раўнд закінуў, а ўсе намаганні накіраваў у іншае рэчышча. Ён узначаліў даследчую праграму Marconi у вобласці тэрмаэлектронных лямпаў, распрацаваў трыёдную лямпу, пабудаваў першыя лямпавыя радыёперадавальнікі і запатэнтаваў канструкцыю катода з непрамым нагрэвам.

Потым пачалася Першая сусветная вайна. Выкарыстоўваючы свой інжынерны досвед, Генры пабудаваў уздоўж брытанскага ўзбярэжжа шэраг бесправадных пеленгацыйных станцый, дзякуючы якім брытанцы маглі назіраць за перасоўваннем нямецкіх караблёў і дырыжабляў. У міжваенны час Раўнд паспеў паўдзельнічаць у арганізацыі радыёперадач Злучанага Каралеўства, стаць галоўным інжынерам у Marconi, звольніцца адтуль і заснаваць уласную кансультацыйную кампанію.

Памёр Генры ў доме састарэлых у 1966-м ва ўзросце 85 гадоў. На працягу апошніх амаль 60 гадоў ён так ні разу і не вярнуўся да сваіх доследаў у галіне электралюмінісцэнцыі. Тым часам «святлодыёдная рэвалюцыя» ўжо пачалася, вось толькі мала хто пра гэта ведаў.

Тады прычым тут СССР?

Калі Генры Раўнд вынайшаў эфект электралюмінісцэнцыі, Алегу Лосеву, які нарадзіўся ў царскай Расіі, было ўсяго пяць гадоў. У юнацтве ён трапіў на публічную лекцыю начальніка Цвярской радыёстанцыі і так натхніўся, што вырашыў прысвяціць жыццё радыётэхніцы.

Алег Лосеў у дамашняй лабараторыі

У пачатку 1920-х Алег уладкаваўся малодшым навуковым супрацоўнікам у Ніжагародскую радыёлабараторыю. Сёння невядома, ці быў Лосеў знаёмы з працай Раўнда, у якой той апісваў эфект электралюмінісцэнцыі. Імавернасць гэтага ёсць, але вельмі невялікая. Таму прынята лічыць, што савецкі навуковец самастойна, не абапіраючыся на досвед брытанскага калегі, прыйшоў да эксперыментаў з карбарундам. У 1923 годзе ён прапусціў ток праз злучэнне карбіду крэмнію са сталлю і ў месцы, дзе яны дакраналіся адзін да аднаго, убачыў слабое свячэнне.

Так электралюмінісцэнцыя была адкрыта ў другі раз. Але, у адрозненне ад Раўнда, Лосеў не махнуў рукой на незразумелую з'яву, а з патроенай сілай стаў яе вывучаць і працягваў гэта рабіць да канца свайго жыцця. Алег актыўна публікаваўся не толькі ў савецкіх, але і ў заходніх навуковых выданнях. У Германіі пераадкрыццё інжынера зрабіла сенсацыю, а сам эфект у нямецкіх навуковых колах назвалі Lossev Licht.

Адна з вынаходак Лосева — радыёпрыёмнік «Крыстадзін»

Чаму сенсацыя? Таму што аказалася, што свячэнне не было звязана ні з разаграваннем, ні з электраразрадамі — дзвюма вядомымі на той час крыніцамі штучнага святла. У дадзеным выпадку свячэнне ішло з крышталя і ўяўляла сабой «халоднае святло».

Нягледзячы на ўсе спробы, савецкі вучоны так і не змог пабудаваць тэарэтычную базу для высвятлення прычын узнікнення эфекту электралюмінісцэнцыі. Было відавочна, што эфект узнікае паблізу спаю матэрыялаў. Але чаму? Ізноў жа, па прычыне занадта слабога свячэння было незразумела, як выкарыстоўваць адкрыццё на практыцы.

У канцы 1920-х на базе свайго вынаходніцтва Алег стварыў мініяцюрную крыніцу святла, якая працавала ад 10 вольт — вельмі нізкага для таго часу напружання. Лосеў назваў прыладу «светлавое рэле» і запатэнтаваў яе. Атрымаўся першы прататып сучаснага святлодыёда.

На жаль, на гэтым навуковыя пошукі Алега ў галіне электралюмінісцэнцыі завяршыліся. Пасля шэрагу непрыемнасцей і канфлікту з начальствам ён быў вымушаны звольніцца і пайсці працаваць выкладчыкам. Затым пачалася вайна. Лосеў памёр у блакадным Ленінградзе ад голаду ў 1942-м ва ўзросце 38 гадоў.

Пасля вайны пра адкрыцці інжынера практычна ўсе забыліся.

«Святлодыёдная рэвалюцыя»

Тым не менш некаторыя навукоўцы ў розных кутках свету працягвалі даследаваць эфект электралюмінісцэнцыі. Пасля вынаходства транзістара стала зразумелай прырода свячэння і прычына яго нізкай эфектыўнасці. Аказалася, віной усяму карбарунд, з якім эксперыментавалі і Раўнд, і Лосеў. Для павелічэння сілы святла патрэбны былі паўправаднікі, якія ў часы двух вучоных проста не існавалі.

Пачатак «святлодыёднай рэвалюцыі» звязваюць менавіта з вынаходствам паўправадніковых матэрыялаў на аснове арсеніду галію. Дзякуючы ім нарэшце з'явіліся першыя сапраўдныя святлодыёды, якія можна было выкарыстоўваць на практыцы.

У 1960-х гадах над камерцыйным выкарыстаннем навінкі працавалі дзве амерыканскія карпарацыі — Texas Instruments і General Electric. Супрацоўнікі першай сканструявалі інфрачырвоны святлодыёд, супрацоўнікі другой запусцілі яго ў прамысловую вытворчасць. Дзе выкарыстоўвалася распрацоўка? Спачатку толькі ў вельмі дарагіх прыборах у якасці індыкатара са слабым чырвоным свячэннем.

Да канца 1960-х выкарыстанне чырвоных святлодыёдаў было вельмі абмежаваным з-за іх высокага кошту. Адзін крышталь каштаваў тады каля $200, што сёння з улікам інфляцыі складае прыкладна $2000. Пры гэтым светлавая аддача першых святлодыёдаў была вельмі нізкая, разоў у сто менш, чым у лямпаў напальвання. Да таго ж працавалі яны ўсяго пару сотняў гадзін. Таму, вядома, у якасці крыніцы святла навінку пакуль ніхто не разглядаў. Ды і навошта трэба чырвонае асвятленне?

Але прагрэс было ўжо не спыніць. Да канца 1960-х навучыліся рабіць зялёныя святлодыёды. Для таго каб атрымаць белае святло, заставалася запусціць сінія дыёды. Гэта ў 1971 годзе ўдалося амерыканцу ўкраінскага паходжання Жаку Панкову, які ў лабараторных умовах дабіўся ад крышталёў сіняга свячэння. Праўда, практычнага прымянення з-за недахопу паўправаднікоў вучоны так і не атрымаў. Да з'яўлення лямпачак з белым святлом заставалася яшчэ амаль чвэрць стагоддзя.

1970—80-я можна назваць эрай выбуховага росту цікавасці да святлодыёдаў. Японскія і амерыканскія кампаніі пасля істотнага зніжэння кошту на навінкі сталі больш актыўна выкарыстоўваць іх у якасці індыкатараў у спажывецкай электроніцы, у тым ліку ў калькулятарах. У той жа час дзякуючы вынаходству прынцыпова новых паўправадніковых матэрыялаў удалося ў сотні разоў павялічыць светлавую аддачу, яркасць і тэрмін службы святлодыёдаў.

І ўсё ж не хапала ключавога прарыву. Пытанне было ў злашчасным сінім святлодыёдзе. Створаныя на аснове новых паўправаднікоў чырвоныя, зялёныя, нават жоўтыя і аранжавыя дыёды давалі даволі яркае святло. З сінім заставаліся праблемы. Той, што быў створаны Жакам Панковым, заставаўся цьмяным і быў з вельмі нізкім ККД (сотыя долі працэнта) з-за малапрыдатных для яго паўправадніковых матэрыялаў. А без сіняга не атрымлівалася камбінацыя для стварэння белага святла — таго, які больш за ўсё патрэбен спажыўцам.

Прарыў адбыўся ў 1990-я, калі трое супрацоўнікаў японскай інжынерна-хімічнай карпарацыі Nichia пасля дваццацігадовых пошукаў нарэшце стварылі паўправаднік, здольны «пасябраваць» з сінім свячэннем. Гэтае вынаходніцтва зрабіла сапраўдную рэвалюцыю ў святлодыёдным асвятленні і прывяло да магутнага развіцця лазерных тэхналогій увогуле і Blu-ray у прыватнасці.

Неўзабаве пасля сініх нарэшце з'явіліся і белыя святлодыёды. Прагрэс ірвануў з новымі сіламі. Першыя дамашнія святлодыёдныя лямпы, святлодыёднае падсвятленне экранаў, прынцыпова новы тып асвятлення ў аўтамабільных фарах, вулічнае асвятленне, медыцына, сістэмы машыннага зроку… Мы і не заўважылі, як нас літаральна атачылі святлодыёды, якія сёння ёсць у любой навагодняй гірляндзе і дэвайсе з экранчыкам.

Такім чынам, вынаходзілі святлодыёды літаральна ўсім светам — тут вам і брытанцы, і рускія, і амерыканцы, і японцы, і прадстаўнікі мноства іншых народаў, якія крок за крокам адкрывалі для сябе і ўсяго чалавецтва таямніцы абсалютна новай тэхналогіі. А вось Нобелеўскай прэміяй (па фізіцы) адзначылі тых самых трох супрацоўнікаў Nichia за вынаходства сіняга святлодыёда.


«Onlíner па-беларуску» ў Telegram. Падпісвайцеся, каб не прапусціць нашы новыя тэксты на роднай мове

Ёсць пра што расказаць? Пішыце ў наш тэлеграм-бот. Гэта ананімна і хутка

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Источник: Зміцер Адашкевіч