爱迪生发明的电灯的灯丝是用什么材料做成的？

竹子的丝爱迪生在发明电灯时第一个成品所用的灯丝用的是竹丝，日本的炭化后的竹丝。

1.竹丝炭化后的成分是碳，碳可以导电；2.灯泡内要抽成真空，是为了防止灯丝氧化变性，造成灯丝断裂。

白炽灯（灯泡）的灯丝是用钨丝制成的。钨的熔点为3410摄氏度，所以很耐烧。

1879年10月21日，美国发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生经过六千次实验，终于发明了碳丝白炽灯。为了寻找合适的能制成碳丝的材料，爱迪生在研制白炽灯泡灯丝材料的过程中，曾试验过棉线、木材的细条、稻草、纱纸、丝线、马尼拉麻绳、马鬃、钓鱼线、麻栗、硬橡皮、栓木、藤条、玉蜀黍纤维，甚至连他老师的胡子、他老婆的头发都试验过了，最后终于找到一种最适合做灯丝的材料：南美洲出产的竹子（后改为日本的竹子）的硬皮烧成的碳丝，并且采用最快最彻底的抽真空的方法，即灌满水银再倒出来。寿命可达45小时（最初值）。与此同时，英国发明家J·斯旺也制成了碳丝灯泡并在英国申请了专利，二人的专利之争在所难免，后来二人达成和解，共同成立爱迪生—斯旺电灯公司，在英国建厂生产电灯泡。但因斯旺没有同时建发电厂，所以事业不如爱迪生发展的好。目前，美国人认为电灯泡是爱迪生发明的，英国人认为电灯泡是斯旺发明的

碳丝电灯泡寿命只有100小时，为了延长寿命，人们费尽心机，直到1908年，美国发明家库利奇发明了钨丝灯泡，才使寿命提高到300小时以上。1913年，美国的I.朗缪尔发明了螺旋钨丝灯泡，螺旋钨丝由于热量集中不易散失，使灯泡又亮又省电。他经过研究，发现钨在高温并高真空的条件下很容易升华，蒸发出的钨附着在灯泡内壁上，形成一层黑色的薄膜影响透光度，又因为钨丝的粗细和螺旋钨丝的间距有微小的差别，细的地方和密的地方温度就高，蒸发更厉害并形成恶性循环，使灯丝此处易断。为了延缓钨丝蒸发速度，他将玻壳内充入氮气，可以抑制钨丝的蒸发，这样就诞生了充气灯泡。1912年，日本的三浦顺一为使灯丝和气体的接触面尽量减小，将钨丝从单螺旋发展成双螺旋，进一步提高了发光效率。1915年，他把充的气由氮气改为氮气（N2）和氩气（Ar）的混合气体，此方法一直沿用至今。虽然以后也有充入纯氩气、氪气、氙气的，但终因成本和性价比原因被淘汰。目前，充气白炽灯的平均寿命约1500小时。

白炽灯的效率只有8～11%，90%以上的电能都变成热能散发到空气中去了。光效很低，只有7～15Lm/W（灯泡功率越大，光效越高，最高不超过19）。

结构是：一个梨形的玻璃泡，小头是三层的结构，最外边是玻璃泡，中间是玻璃芯柱，最内层是抽真空用的玻璃管，该玻璃管下头与灯泡内相通，另一头接抽真空的管子，抽完真空再充气，最后用火焰封死。中心的玻璃芯柱下端是实芯的，端头有一个玻璃小圆盘，小圆盘周围呈放射状烧有钼（Mo）丝支架，两根与玻璃烧在一起的杜美丝（含铁57%镍43%的合金外包铜或镀铜并处理成氧化亚铜，再涂以四硼酸钠）把电从外边引进来，所以要使用杜美丝是因为它的热膨胀系数和玻璃相近，并且和玻璃的亲和性很好，这样就使灯泡不容易漏气，使用寿命长。杜美丝下端接金属丝在灯泡内，折成鼻状，穿入灯丝并挤紧。灯丝是很细的钨丝制成的螺旋弹簧状，两端与金属丝相连，中部穿入放射状钼丝支架端部圆圈小鼻中。 两根杜美丝上端在灯泡外，分别用焊锡焊在灯口的两个电极上。

灯泡的灯口有两种形式：螺口式与卡口式（又名：别把式）。螺口式结构简单、制造成本低，但安全性差，不耐震动。卡口安全性好（两个电极均从顶端引出，铁壳不带电），耐震动（车辆上全部使用卡口），但结构复杂（特别是灯头）、制造成本高。

我国固定场合使用的全部是螺口，规格是E27（外径27mm），只有些小灯泡（例如冰箱和微波炉中的照明灯）才用E14口的。广场用E40口的。

白炽灯启动电流是正常工作电流的8～10倍（但只要0.12秒即可稳定到正常值），所以，白炽灯不适合频繁启闭，否则很容易烧断灯丝。

相同：都是电子枪即发射电子的装置,都有阴极和阳极,阴极都是点源发射,阴极和阳极之间有直流高压电场存在,高压一般可调,用于控制电子的发射速度（能量）,电子枪发射的电流强度很小,微安级别和纳安级别,为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源,都需要高真空环境.电子枪阴极都属于耗材系列.

差异和优劣:

1、点源直径不同及优劣：

钨灯丝电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形（发叉式钨丝阴极）,使用V形的尖端作为点发射源,曲率半径大约为0.1mm；场发射电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝,经过腐蚀制成针状的尖阴极,一般曲率半径在100nm~1μm之间.由于制作工艺上的差异,造价不同,发叉式钨丝阴极便宜,场发射阴极很贵.

2、发射机制不同和优劣

钨灯丝属于热发射,在灯丝电极加直流电压,钨丝发热,使用温度一般在2600K~2800K之间,钨丝有很高的电子发射效率,温度越高电流密度越大,理想情况下的的电子枪亮度越高.由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,因此钨灯丝的寿命比较短,一般在50~200小时之间,这个和设定的灯丝温度有关.由于电子发射温度高,发射的电子能量分散度大,一般2ev,电子枪引起的色差会比较大.

场发射电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极,而是在尖阴极表面增加强电场,从而降低阴极材料的表面势垒,并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度,从而出现量子隧道效应,在常温甚至在低温下,大量低能电子通过隧道发射到真空中,由于阴极材料温度低,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时.

3、电子枪控制方式和电子源直径不同和优劣性.

钨灯丝是三极自给偏压控制,具有偏压负反馈电路,因此发射电流稳定度高；由于阴极发射点源面积大,因此电子源尺寸也比较大,50~100μm,发射可达几十~150μA,但电子枪的亮度低,因此当电子束斑聚焦到几个纳米的时候,总的探针电流很小,信噪比太低是限制图像分辨率的根本因素,当前最佳钨灯丝扫描电镜最佳分辨率3.0nm.

场发射电子枪没有偏压负反馈电路,外界电源的稳定度是决定因素,发射电流稳定度相比要低一些；由于尖阴极发射电源面积很小100nm左右,没有明显的电子源,因此使用虚电子源作为电子光学系统设计的初始物而存在,电子虚源直径一般在2~20nm,电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍.当束斑尺寸缩小到1nm以下时依然具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号,因此分辨率高,当前最佳的场发射扫描电镜分辨率实现了亚纳米级别.

4、系统真空度不同及优劣

钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空,两级真空泵系统获得0.001pa的真空度即可满足,因此造价低.

场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作.原因在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝,其次电子枪阴极尖端在较低的真空下,吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒,造成电子枪发射不稳,亮度降低,所以必须使用超高真空一般是10的-8次方.超高真空系统的造价明显比钨灯丝高很多.超高真空的洁净度要好于钨灯丝的一般高真空,因此很长时间,也就是在灯丝寿命内,系统可以免清洗和维护.钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些.

5、钨灯丝和场发射是具有明显档次差异的,这也从价格上明确反映.钨灯丝扫描电镜十几万,场发射几十万,都是美元.国内目前只能制造最低档次的钨灯丝扫描电镜.

以上定性表达,具体数据还望查阅有关资料

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