玻璃吹制进阶：自制钨丝灯泡与（失败的）真空二极管实验

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如今，我已经有了将电极穿过玻璃的方法，是时候好好利用这一技术了。传统的灯泡其实非常简单：只是一根细长的导线，只要加热到足够炽热，就能发光。

然而，要产生接近于白光的光线，导线的温度必须升至约2500摄氏度。虽然像钨丝或石墨这样的导体能够承受这样的高温，但一旦与空气接触，它们都会迅速烧毁。

为了防止这种情况发生，我打算在真空环境下将灯泡密封在玻璃中：没有空气，也就无需担心。

不过，我撒了个谎。有些陶瓷在受热后便开始导电；由于这些陶瓷属于氧化物，因此完全不受氧气的影响。

“奈尔斯特灯”曾在19世纪90年代至20世纪初一度风靡一时，但由于灯丝预热过程变得复杂起来，随着真空泵技术不断进步，人们最终还是转而使用灯丝灯泡，因为真空泵已经足以满足商业化生产的需求。

• youtube.com/watch：用的是其中一种。

首先，我将一根直径约为0.3毫米的钨丝弯成“U”形，并将一段极细的0.012毫米钨丝扭结在自由端上。我将引线框架的一侧剪短，使灯丝呈对角线方向排列：这样既能保证灯丝有足够的长度，又不会因绕圈而造成短路。

为了制作灯泡，我将引线框架部分插入玻璃管中，用氧丙烷喷枪加热灯丝末端，并将玻璃紧紧夹住导线：

当一端被密封后，我将另一端连接到旋片式真空泵上，并在抽真空的同时轻轻加热玻璃管，以去除其中的水分。几分钟后，我将玻璃管中部的导线截断，以便安装灯泡，并将多余的导线拔出。

待玻璃冷却后，我将“U”形导线的中间部分剪开，以分离两根引线：

在4伏电压下发光

成品灯泡在200至400毫安的电流范围内（3至6伏、0.5至2.5瓦）能发出明亮的光芒：

我没有将灯丝拉得足够紧，导致灯丝最终与玻璃接触，从而在灯泡内部形成了一处昏暗的光点。玻璃采用硼硅酸盐材质，因此我并不太担心其会破裂，但即便如此，这仍然不是理想的方案。

我已将灯泡的电压提升至10伏（约7瓦），亮度足以照亮整间房间，而且它所发出的光是纯白色的，而非低功率时常见的橙黄色调—— 不过，灯泡也会变得非常烫，且使用寿命并不长久。

除了颜色之外，灯丝的温度也会影响灯泡的效率：低温灯丝大部分的光辐射都集中在红外波段。而高温灯丝每瓦的可见光输出更高，但钨丝的蒸发速度更快，容易导致灯丝过早失效。

正是这种寿命与色温、效率之间的权衡，使得大多数灯泡的使用寿命往往很短……至少在我们不再使用灯丝之前是这样。

作为一项实验，我在抽真空前，将一段导线穿过玻璃管中的一个孔：

在进行此类密封操作时，应先将一根毛细管（直径约1毫米）熔接在钨丝上，再进行密封。这样可以确保导线与金属表面保持良好接触，并有效保护导线免受喷枪火焰的灼伤。

我的初衷是观察热电子发射现象：当灯丝被加热至白炽状态时，原子的动能足以让电子突破真空屏障，进入真空中。

如果冷电极处于正向偏压状态，这些电子便会允许微小的电流通过；若电极处于负向偏压，则自由电子会被排斥，从而无法形成电流。

尽管二极管本身并没有什么特别之处，但它却是更多更有趣器件的基础，例如三极管、X射线管以及阴极射线管等。

……然而，它的表现却相当糟糕：在灯丝与阳极之间施加700伏的偏置电压时，它仅能传导1微安的电流。反向偏置时，电流仅为约50纳安，主要源于光电效应。

我怀疑这可能是由两个原因造成的。

钨丝中存在一些被困的气体，而在加热过程中这些气体会被释放出来。为了避免破坏真空环境，我本应在抽真空的过程中继续运行灯丝，但这一环节我却忘了执行。

其次，阳极的面积实在太小：仅有约6毫米长的0.3毫米导线，距离灯丝有数厘米之远。大部分发射出的电子都会错过阳极，从而在玻璃表面留下负电荷，阻碍电流的流动。

实际上，灯丝周围原本应该装有真空二极管，但出于对灯泡性能的考量，我并未采用这种设计。

顺便说一句，这里有一张我用自己制作的灯丝线卷点亮的灯泡的照片：