Chociaż neony są powszechnie używane do celów reklamowych, wykorzystuje się je również do innych celów, na przykład do oświetlania zapłonów samochodów oraz jako emitery światła do lamp i laserów o dużej intensywności. Wszystkie działają na tej samej zasadzie: prąd elektryczny przepływa przez szczelną szklaną rurkę wypełnioną stabilnym, obojętnym gazem, zwykle neonem lub argonem. Ten po naładowaniu emituje stały strumień światła.
Świecąca linia światła na neonie jest zawsze wynikiem naładowanych cząstek gazu uwięzionych w sterylnym, przezroczystym środowisku. Przenosząc ładunek elektryczny z elektrod na każdym końcu gotowej rurki, każdy atom neonu emituje fotony, które nasze oczy odczytują jako kolorowe światło. Niektóre sekcje podświetlanej tuby pomalowane są na kolor czarny lub inny nieprzezroczysty, aby stworzyć iluzję przestrzeni pomiędzy połączonymi literami lub formami. Gotową formę montuje się na szyldzie, okablowanie elektryczne chowa się w dyskretnej metalowej obudowie i podświetlany szyld jest gotowy do użycia.
Szlachetny i tani
Gaz neonowy został po raz pierwszy opisany przez szkockiego chemika Williama Ramsaya w 1898 roku. Za to odkrycie w 1904 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Stworzył też pierwszą lampę neonową, lecz ze względu na rzadkość tego pierwiastka i trudność otrzymania go, wynalazek był komercyjnie nieopłacalny. To jednak miało zmienić się po zaledwie kilku latach, gdy francuski wynalazca Georges Claude pokazał swoje neony na Salonie Samochodowym w Paryżu w 1910 roku. Chociaż nie wynalazł lampy, opracował metodę izolowania neonu od powietrza, dzięki czemu takie światło dało się uzyskać za niewielką cenę.
Neon jest używany, ponieważ jest jednym z gazów szlachetnych. Jedną z cech tych pierwiastków jest to, że każdy atom ma wypełnioną powłokę elektronową, więc atomy nie reagują z innymi, a usunięcie elektronu wymaga znacznych ilości energii. Dlatego ulegają reakcjom chemicznym jedynie w warunkach wysokoenergetycznych, jak na przykład w kontakcie z elektrycznością.
Tradycje sprzed tysięcy lat
Dziś neony są nadal wykonywane ręcznie, przy użyciu starożytnej techniki dmuchania szkła. Najpierw twórca znaku rysuje na papierze kontur pożądanego kształtu. Formy muszą być ciągłe, aby gaz przepływał równomiernie z jednego końca znaku na drugi. Po wybraniu żądanej długości produkowanych przemysłowo szklanych rurek twórca podgrzewa szkło nad małym płomieniem, wyginając je tak, aby dokładnie pasowało do wcześniej wybranego kształtu. Jednocześnie musi utrzymać przepływ powietrza przez rurkę, zwykle przedmuchując prosty kawałek gumowej rurki przymocowanej do jednego końca rurki. Chociaż proces gięcia jest stosunkowo prosty, osiągnięcie koniecznej do stworzenia komercyjnych egzemplarzy wymaga lat praktyki.
Gdy szkło uformuje się w pożądaną sekwencję krzywizn i linii prostych, twórca znaków musi przejść od pracy rzemieślniczej do praktyki chemii i fizyki. Najpierw wtapia elektrody na każdym końcu ukształtowanej rurki – na jednym ujemną, a na drugim dodatnią. Następnie oczyszcza rurę ze wszystkich zanieczyszczeń w procesie podgrzewanym zwanym bombardowaniem. Wykorzystując ciepło wytwarza próżnię wewnątrz rurki następnie dodaje odpowiednia ilość obojętnego gazu.
Prąd aktywuje atomy
Neony działają przy użyciu prądu stałego lub przemiennego. Ale jeśli używają tego pierwszego, widać tylko poświatę wokół jednej z ich elektrod. Dlatego większość neonów zasilana jest prądem przemiennym. Odpowiednia moc uzyskuje się dzięki podłączeniu do transformatora, który pomaga zwiększyć napięcie do 15 000 woltów.
Po przyłożeniu do elektrod prądu przemiennego, wytwarza się energia wystarczająca do rozdzielenia się atomów neonu wewnątrz rurki. Niektóre wyrzucają elektrony, aby stać się dodatnio naładowanymi jonami, które przemieszczają się w kierunku elektrody ujemnej. Wolne elektrony mają zaś ładunek ujemny i są przyciągane w stronę elektrody dodatniej na drugim końcu. Powstała plazma naładowanych jonów i elektronów przenosi prąd elektryczny pomiędzy elektrodami lampy. Kiedy atomy, jony i elektrony neonu odbijają się i zderzają się ze sobą, zwiększają energię. Zjonizowane atomy odzyskują swoje elektrony, aby ponownie stać się neutralne. Uwalniają wówczas foton, czyli cząstkę światła, co powoduje, że wydzielają kolorową poświatę. Odcięcie dopływu prądu do znaku przywraca atomy neonu do ich normalnego stanu obojętnego.
Wszystkie kolory rtęci
Czysty neon emituje czerwoną poświatę ale można uzyskać ponad 150 kolorów mieszając ten gaz z innymi substancjami lub używając innych gazów szlachetnych o podobnych właściwościach. Krypton wytwarza biało-żółtą poświatę, ksenon zaś ciemną lawendową, która po zmieszaniu z innymi gazami daje różnorodne kolory. Światła o przezroczystym, musującym zabarwieniu w kolorze niebieskim, białym, żółtym lub zielonym prawdopodobnie zawierają natomiast zmieszany z rtęcią argon.
Istnieją dwa główne sposoby wytwarzania innych kolorów. Jednym jest użycie innego gazu lub mieszaniny gazów. Innym jest pokrycie szkła luminoforem lub inną substancją chemiczną, która po zasileniu będzie świecić określonym kolorem. Ze względu na szeroką gamę dostępnych powłok większość nowoczesnych lamp nie wykorzystuje już neonów, ale są to lampy fluorescencyjne wykorzystujące wyładowanie rtęciowo-argonowe i powłokę fosforową.
Neony w dowolnym kolorze innym niż czerwony zawierają bardzo małą ilość rtęci, ponieważ w ten sposób uzyskują swój szczególny odcień światła. Od 2019 r. podjęto w niektórych krajach kroki mające na celu zakaz stosowania tej trującej substancji, co ogranicza nowo produkowane do kolorów czerwonego, różowego, bursztynowego lub fioletowego. Jest to jeden z powodów, dla których powoli odchodzi się od wymyślonej na początku XX wieku technologii.
Diody zamiast gazu
Oczekuje się, że większość neonów będzie działać od ośmiu do 15 lat, chociaż wiele z nich działa znacznie dłużej. Przy odpowiedniej konserwacji neony mogą trwać nawet do 20 lat. Na ich żywotność mają zwykle wpływ takie czynniki, jak podatność na ładunki elektryczne i narażenie na ciepło, które mogą powodować uszkodzenie okablowania elektrycznego lampy. Są jednak łatwiejsze w utrzymaniu w porównaniu do innych opcji, które wymagają wielokrotnej wymiany żarówek.
Wypalenie jest dość częstym problemem w przypadku neonów. Po pewnym czasie cały znak lub jego część przestaje się świecić. Większość przepaleń dotyczy przewodów wysokiego napięcia łączących rurki ze szkła neonowego. Jeśli się przegrzeją, mogą się wypalić. Może także dojść do awarii transformatora albo którejś z elektrod.
Główną alternatywą jest „neon” LED– który wykorzystuje technologię emitujących światło diod do odtworzenia wyglądu tradycyjnego neonu. Zamiast reakcji chemicznej między gazami a prądem elektrycznym, tu odpowiednia reakcja zachodzi, gdy elektrony przechodzą przez półprzewodnik, który jest zwykle materiałem arsenkiem glinu lub galu.
