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2014年諾貝爾物理獎授予了三位日本學(xué)者，他們分別為赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）以及中村修二（Shuji Nakamura），研究方向為革命性的藍色發(fā)光二極管 北京時(shí)間2014年10月7日，諾貝爾物理獎揭曉，兩名日本科學(xué)家和一名美籍日裔科學(xué)家分享了2014年度的諾貝爾物理獎，他們分別是日本名古屋大學(xué)的科學(xué)家赤崎勇（Isamu Akasaki）和天野浩（Hiroshi Amano），以及先后受聘于日亞化學(xué)（Nichia Chemicals）、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的美籍日裔科學(xué)家中村修二（Shuji Nakamura）。 從日亞化學(xué)這個(gè)公司就可以看出，本屆諾貝爾物理獎與發(fā)光二極管有關(guān)，日亞化學(xué)是一家位于日本四國地方東北部德島市的公司，以研制新型高效節能的LED燈為主，這三位科學(xué)家的研究方向都為藍色發(fā)光二極管，旨在讓全人類(lèi)用上更加節能LED燈。 
相比較傳統的人造光源而言，LED燈需要較少的能量就可以達到同等效果，高效節能的LED燈有助于節約地球資源 藍色發(fā)光二極管是一種環(huán)境友好型的光源，日本科學(xué)家認為21世紀是LED燈的世界，而20世紀則屬于白熾燈泡，在過(guò)去的半個(gè)世紀左右的時(shí)間，紅色和綠色的發(fā)光二極管在北美等發(fā)達國家和地區大量使用，但藍色發(fā)光二極管是真正的革命性照明技術(shù)。 為了研究藍色發(fā)光二極管，全世界的專(zhuān)業(yè)人員都為此奮斗了數十年，盡管這個(gè)研究方向存在高風(fēng)險，但回報也是非常巨大的，我們可以將照明技術(shù)提升到新的高度。因此將諾貝爾物理獎授予三位在此領(lǐng)域有著(zhù)突出貢獻的科學(xué)家是理所當然的，阿爾弗雷德·諾貝爾獎的得主應當帶領(lǐng)人類(lèi)文明的進(jìn)步，這項技術(shù)讓我們擁有更高效、持久的光源。
發(fā)光二極管的工作原理，左上方是LED的工作原理，下方的是藍色LED的工作原理 發(fā)光二極管包括多層半導體材料，根據LED燈的工作原理，電會(huì )轉換為光子，相當于其他光源而言提高了照明效率，傳統的照明系統比如白熾燈會(huì )將大部分的電能轉換為熱量，只有少量轉換為光子，顯然這樣的照明系統轉換效率非常低。 白熾燈、鹵素燈的工作原理都是基于電加熱，電流通過(guò)金屬絲后使其發(fā)光，許多能量就被浪費在了電熱做功上。熒光燈的原理則與白熾燈、鹵素燈不同，它通過(guò)氣體放電來(lái)產(chǎn)生光和熱，其能量損失會(huì )小于白熾燈，因此也被稱(chēng)為低能量燈泡，但是在LED燈問(wèn)世后“低能量燈泡”似乎就不屬于熒光燈了。 新的LED燈技術(shù)需要更少的能量并釋放出更強大的光源，至少在轉換率上會(huì )有明顯的提升，當今世界的電力消耗有近四分之一用于照明，如果全部使用高效節能的LED燈，那么可以節約地球資源，反饋到經(jīng)濟效益上是非常明顯的，LED燈不僅持久性強，照明效率也更高，通常情況下按白熾燈工作壽命1000小時(shí)算，超過(guò)這個(gè)時(shí)間后燈絲就被燒壞，而熒光燈的點(diǎn)亮時(shí)間為1萬(wàn)小時(shí)，是白熾燈的10倍，那么LED燈的持久性更好，可以達到10萬(wàn)小時(shí)，從而大大降低了材料的損耗。 LED技術(shù)對我們并不陌生，在手機、電腦等現代電子設備中都可以找到，紅色發(fā)光二極管在20世紀50年代末被研制出來(lái)，被用于數字式手表、計算器等設備，對于波長(cháng)更短的藍色二極管，許多實(shí)驗室都嘗試過(guò)開(kāi)發(fā)，但是都沒(méi)成功。赤崎勇和天野浩的研究方向是對LED照明系統中的材料進(jìn)行研發(fā)，通過(guò)上千次的實(shí)驗，他們發(fā)現氮化鎵在藍色LED光源上的表現非常好，可以用于制造藍色LED光源，此前還沒(méi)有人能夠利用氮化鎵晶體制造出高品質(zhì)的LED光源。日亞化學(xué)的中村修二也選擇了氮化鎵晶體來(lái)取代硒化鋅，作為藍色LED光源的基礎材料。 1986年，赤崎勇和天野浩首次完成高品質(zhì)氮化鎵晶體的研發(fā)，其制備的方法是通過(guò)在藍寶石襯底上涂上氮化鋁，從而得到高質(zhì)量的氮化鎵，幾年后他們再次在LED光源p型層的研發(fā)領(lǐng)域取得了突破，通過(guò)掃描電鏡的實(shí)驗，他們發(fā)現這種材料的發(fā)光效率更好，1992年時(shí)他們已經(jīng)能夠制造出散發(fā)出耀眼藍光的二極管。而中村修二的研發(fā)之路也在1988年左右，他也成功制造出高品質(zhì)的氮化鎵，到了20世紀90年代，這兩個(gè)研究小組進(jìn)一步提升了藍色LED光源的照明效率，并發(fā)明了一種藍色激光器，用來(lái)切割出更加“鋒利”的光束，由于藍光的波長(cháng)短，因此相同的區域內可以存儲更多的信息，從而制造出更強大的激光打印機、液晶電視、電腦、手機等。 可以預見(jiàn)，藍色LED技術(shù)的進(jìn)步將是21世紀照明領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，未來(lái)我們將通過(guò)這項技術(shù)產(chǎn)生出與自然光接近的光源，這有利于我們生物鐘的調節，因此該技術(shù)可以用于溫室栽培，甚至是未來(lái)的火星定居點(diǎn)，人造光源模擬自然光能夠讓宇航員進(jìn)入更遙遠的深空。對于地球上的居民而言，價(jià)格更低、更高效的LED燈可以讓更多人獲得照明，因為地球上還有15億人居住的區域沒(méi)有被電網(wǎng)覆蓋，由此可見(jiàn)這三位科學(xué)家的研究成果對人類(lèi)文明的貢獻是巨大的。 來(lái)源：騰訊科技 |
