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霓虹灯

霓虹灯

霓虹灯（Neon Light），又称氖灯，是一种特殊的低气压冷阴极气体放电灯。霓虹灯因其具有色彩丰富、亮度高、穿透力强、节能环保等优点，被广泛应用于广告招牌、建筑物装饰、舞台布景、汽车照明等领域。

1750年，F·霍克斯比利用玻璃泡壳外的静电现象做成第一个人造辉光放电管。1898年，拉姆赛发现注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。1907年到1910年，克洛德与林德两位科学家成功发明了液态空气分馏技术。1910年，世界上第一支商用霓虹灯由法国科学家克洛德亲手打造。

经过玻管成型、封接电极、轰击去气、充惰性气体、封排气孔老炼等工艺制作的霓虹灯，一般有透明玻璃管、粉管两种制作形式。霓虹灯管是一个密封的玻璃管，两端装有电极，管内填充有低压的惰性气体，如氖、氦、氩等。当高压电场施加在霓虹灯管两端的电极上时，管内的气体分子被电离，即气体分子被剥离成电子和阳离子。在高压电场的作用下，这些电子和正离子在电场中加速移动，并与气体原子发生碰撞，激发出更多的电子，形成气体放电现象。这个过程中，多余的能量会以光子的形式发射出来，即产生了霓虹灯的发光现象。霓虹灯发出的光的颜色取决于管内填充的气体种类和气压。

发展历史

起源

霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。人造气体放电发光技术可以追溯到1750年。1750年，F·霍克斯比使用一台V·盖里克氏真空泵抽去玻璃泡壳中的空气，利用玻璃泡壳外的静电现象做成第一个人造辉光放电管。

19世纪英国科学家迈克尔·法拉第深入研究了气体放电现象，揭示了当电流通过含有微量正阴离子的气体时，这些离子在外界因素如紫外线、宇宙射线或微量放射物质的影响下，受到高压电场的驱动，与中性气体分子碰撞并引发电离过程，从而导致离子数量急剧增加。这一过程中，气体放电伴随的发光现象，即辉光放电，其色彩斑斓，随气体种类的不同而变化万千。法拉第的这一系列理论与实验成就，为后来霓虹灯技术的兴起埋下了伏笔，奠定了坚实的科学基础。

1898年6月的一个夜晚，威廉·拉姆齐和助手正在实验室里进行实验，目的是检查一种稀有气体是否导电。一个意外的现象发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手很是惊喜，他们发现了霓虹世界。

发展

霓虹灯最初的雏形出现在法国，当时的灯管直径约为45毫米，制造者需先将玻璃管精心弯曲成预设的文字或图案，然后借助高达万伏的变压器供电，令其绽放光芒。早期霓虹灯的电极由石墨制成，灯内充填氮气或二氧化碳，分别能发出红色或白色光芒。

然而，这两种气体活性较高，容易与石墨电极发生化学反应，导致电极表面的石墨碎片在玻璃管内壁沉积形成黑膜，进而大量吸收气体，使灯管内气压迅速降低，严重影响了霓虹灯的使用寿命。为应对这一难题，人们尝试在灯管上安装特殊电磁阀门，以便在使用一段时间后向灯内补充气体，但这并未从根本上解决问题，霓虹灯依旧面临着寿命短、制作工艺繁琐且成本高昂的挑战，难以广泛普及。大约在1902年，法国人乔治·克劳德发现了廉价提取氖的方法。他发明了第一款利用氖气发光的霓虹灯。

1904年，拉姆赛因发现6种惰性气体，并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。这只是惰性气体的发现其中一个简单应用，却实现了如此效果。

突破

从1907年到1910年，科学界迎来了一项重大突破，克洛德与林德两位科学家成功发明了液态空气分馏技术。这项技术不仅革新了气体分离领域，更为霓虹灯的诞生奠定了基础。通过在灯管内注入特定的惰性气体，科学家们发现，这不仅显著延长了气体的使用寿命，还使得霓虹灯呈现出丰富多彩的色彩，包括红、绿、蓝、黄等多种色调。1910年，作为这一创新成果的直接产物，世界上第一支商用霓虹灯由法国科学家克洛德亲手打造，它首次亮相于巴黎皇宫大厦，用作装饰照明，立刻引发了公众的广泛关注。

第二次世界大战前夕，科研人员又取得了一项重要进展——光致发光材料的问世，即荧光粉。这种材料不仅能够发射出多种颜色的光线，而且发光效率远超以往，为霓虹灯的技术升级提供了可能。荧光粉的应用，不仅提升了霓虹灯的亮度，使灯光色彩更加鲜艳多变，还简化了生产流程，降低了成本。因此，二战结束后，霓虹灯产业迎来了爆发式增长。

主要分类

根据荧光粉种类及玻璃材质分类

根据霓虹灯管内壁所涂覆的荧光粉种类及玻璃材质的不同，霓虹灯大致可以分为三类：

每一种类型的霓虹灯都有其独特的视觉效果和应用场景，共同构成了现代都市夜景中不可或缺的一部分。

根据光源分类

冷光源霓虹灯

冷光源霓虹灯使用LED或冷阴极管等技术，灯珠体积小、颜色饱和度高、发光稳定、寿命长。这种霓虹灯适合用于室内、展柜、文化创意产业等领域。

热弯霓虹灯

热弯霓虹灯是将玻璃管按需要弯曲（加热）成各种形状，填入稀有气体和汞滴来产生发光现象的一种霓虹灯。其特点为颜色鲜艳、明亮、有立体感，结合声、光、电，形成特殊效果。适用于广告招牌、建筑装饰、景观照明等领域。

水晶霓虹灯

水晶霓虹灯是在玻璃管外框上加上等离子宝石或水晶之类的贵重材料进行修饰，以突出节日气氛和装饰效果。其特点为外貌美观、颜色丰富、有良好的光电转换效率。适合用于酒店、写字楼、购物中心等高端场所的装饰和照明。

发光二极管霓虹灯

发光二极管霓虹灯以多种颜色为特色、且在使用过程中耗电量低、使用寿命长。同时，这种霓虹灯发光效果稳定，不会闪烁，还有防水防潮等优点。适合用于户外景观照明、建筑装饰等领域。

主要结构

霓虹灯，本质上是一种运行在低气压环境下的冷阴极辉光放电灯具，其设计与构造旨在确保稳定的辉光放电状态，同时通过选择适当的工作物质以实现特定的光色效果。霓虹灯系统主要由两大部分构成：灯管与高压变压器。灯管部分则细分为玻管和电极室，其中电极室包含了电极、云母片（或替代的瓷环）以及电极引线，共同协作以维持放电过程。玻管内部填充有特定的工作气体，某些情况下，内壁还会涂覆一层荧光粉，以增强或改变发光特性。

高压变压器作为霓虹灯系统中不可或缺的关键组件，承担着激发灯管放电的重任，它有两种基本类型：漏磁式变压器和电子式变压器，两者均旨在为霓虹灯管的启动与稳定运行提供必需的高电压条件。

1.玻管

玻管的主要作用有填充工作气体、连接两只电极和透射可见光线三个作用。常见的霓虹灯玻管有明管、粉管和彩管三种。

2.电极

电极是用来发射电子和收集电子及阳离子的，采用耐正离子轰击、熔点较高，易于发射电子的金属制作。

3.云母片（或套环）

云母片主要作用是支撑电极、隔热和减少玻管内壁阴极溅射物。支撑电极可使其不能移位、不松动和不接触玻管；隔热可防玻管炸裂；减少玻管内壁阴极溅射物可延长灯管寿命。

4.电极引线

通过它可使电极与外电路连接，需选用导电性好且热胀系数与玻璃相近的材料，电极引线多用杜美丝制作。

5.工作气体

工作气体多为惰性气体，氖、氩是最常用的工作气体，氖多充入明管制作红色霓虹灯，氩多与汞组成氩汞混合气充入粉管制作其他颜色的霓虹灯。

6.荧光粉

玻管内壁涂上不同品种的荧光粉可方便地与氩、汞混合气制成各种色彩的霓虹灯。

7.高压变压器

它是接在霓虹灯管电路中的稳流装置，它与灯管组成一组完整的霓虹灯。辉光放电在电性能上有如下特点：一是需较高的着火电压和较低的工作电压，二是具有负伏安特性使得放电无法稳定。采用漏磁式高压变压器或电子式升压变压器都可为灯管提供高达15kV的电压使灯着火启辉，气体一开始放电，电压会马上跌落至一恒定值，维持灯管正常辉光放电于一稳定状态。

工作原理

当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极。其中阳离子飞向阴极并撞击阴极。当正离子撞击阴极的能量足够大时，能激发阴极产生大量的电子。

这些从阴极激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。这些正离子和电子又在电场中被加速再与气体原子发生碰撞，其结果又可能产生新的正离子和电子。如果这种电离现象能持续不断地进行，那么就认为灯管内的气体已能自持放电形成电流而成为导电体。这时霓虹灯管就投入了正常的工作状态。上述过程是霓虹灯管的起辉工作过程——低气压辉光放电现象。

带电粒子与气体原子之间的碰撞，还可能使气体原子中外层电子从低能态跃迁到高能态，通常把这种现象称之为气体原子被激发。而当高能态电子返回低能态时，多余的能量就以光子的形式发射出来。这就完成了透明霓虹灯管的发光点亮的整个过程。

如果在霓虹灯管内壁上涂敷了荧光粉后，灯管的发光点亮过程就变得比较复杂。用粉管制成的霓虹灯管中除了充入惰性气体外，还应充有汞。而汞在管内以蒸气形式存在，也就是使灯管内存在一定的汞原子。在汞原子被激发电子返回低能态时，它放出的主要是紫外线。这些紫外线照射到荧光粉上，由荧光粉把它们转换成可见光。这就是通常所说的常温固体光致发光现象。综上所述，用粉管制成的霓虹灯的发光过程，是由气体的受激发光和荧光粉的固体光致发光的综合效应。

技术参数

性能指标

发光效率与管径关系

参考资料

色彩与管内气体颜色关系

参考资料

主要技术

霓虹灯自动化通常指的是使用现代技术，如单片机控制，来实现霓虹灯的自动控制和操作。这种技术可以包括自动开关、色彩变化、亮度调节等功能。其中，单片机控制是实现霓虹灯自动化的核心技术之一。

单片机控制可以用于实现霓虹灯的自动追光功能。在白天，单片机可以根据太阳的位置自动调整太阳能电池板的角度，以最大化太阳能的接收。晚上，单片机则可以使用白天储存的电能自动为霓虹灯供电，使其正常工作。此外，单片机还可以根据环境光线的强度自动调整霓虹灯的亮度，以达到节能的目的。

特点

霓虹灯的特点是高电压、小电流。一般通过设计的漏磁式变压器给霓虹灯供电。

色彩丰富

霓虹灯可以发出多种颜色的光，如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色等，甚至可以发出白色光。这是因为通过向霓虹灯管内充入不同的稀有气体，或者在管内涂上不同的荧光粉，可以产生不同的光谱，从而发出不同颜色的光。

亮度高

霓虹灯具有较高的亮度，即使在夜间也能清晰可见。这使得霓虹灯成为城市夜景和广告宣传的理想选择。

寿命长

霓虹灯的寿命相对较长，不断电连续工作的情况下，可以持续发光数千小时甚至上万小时。

节能环保

随着技术的进步，新型的霓虹灯采用了更高效的电子变压器和电极设计，耗电量低，现在的每米灯管耗电12W。使得能耗更低，更加节能环保。同时，由于霓虹灯属于冷光源，不会像传统灯泡那样产生大量热量，进一步提高了其节能性。

穿透力强

霓虹灯光具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。

温度低

霓虹灯冷阴极特性使其能在60°C以下工作，适应露天及水下环境。

灵活多样

霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。

制作工艺

在霓虹灯的制作过程中，不论是明亮的明管、色彩斑斓的粉管还是多彩的彩管，它们的制作工艺都遵循相似的步骤。这些步骤主要包括玻管成型、电极封接、轰击去气、充入惰性气体以及封排气孔和老炼等。

使用相关

注意事项

霓虹灯变压器的次级电压较高，为6~15kV，故二次回路与所有金属构架、建筑物等必须完全绝缘。一般高压线采用单股铜线穿玻璃管绝缘，以策安全，并防止漏电。霓虹灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，一般安放在支撑霓虹灯的构架上，并用密封箱子作防水保护，变压器中性点及外壳必须可靠接地，霓虹灯管和高压线路不能直接敷设在建筑物或构架上，与它们至少需保持50mm的距离，这可用专用的玻璃支持头支撑来实现。两根高压线之间间距也不宜小于50mm。高压线路离地应有一定高度，以防止人体触及。霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数低，为0.2~0.5。为改善功率因数，需配备相应的电容器进行补偿。

故障及检修

应用领域

建筑装饰领域

霓虹灯作为一种灯光装饰材料，具有色彩丰富、夜景显著、视觉冲击力强等特点，被广泛应用于城市夜景、商业街区、广场公园等场所的建筑灯光装饰。例如上海外滩的霓虹灯滨江大道、北京王府井繁华商业区的蓝色霓虹灯装饰、维多利亚港的霓虹灯夜景等，都是霓虹灯在城市建筑装饰中的典型案例。城市中的霓虹灯可以作为地标性建筑的装饰，为城市夜景增添光彩，成为旅游景点的一部分。