2014年诺贝尔物理学奖2014诺贝尔物理学奖:他们创造了光

【2014年诺贝尔物理学奖】2014诺贝尔物理学奖:他们创造了光

  红色与绿色发光二极管已经伴随我们超过半个世纪,但我们还需要蓝光的到来才能彻底革新整个照明技术领域,因为只有完整的采用红、绿、蓝三原色之后,我们才能产生照亮我们世界的白色光源

  LED将闪耀21世纪

  “他们以一种最理想的方式重新创造了光”。2014年诺贝尔物理学奖专家委员会的主席、瑞典查尔姆斯理工大学教授皮尔·德尔辛(PerDelsing)在发布会现场说。

  爱迪生的白炽灯照亮了20世纪,而21世纪将闪耀在LED之下。

  2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇,天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二,以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献,即蓝色发光二极管(LED)。根据阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱:诺贝尔奖授予那些对全人类的福祉作出重大贡献的成就,通过蓝色LED技术的应用,人类可以使用一种全新的手段产生白色光源。相比旧式的灯具,LED灯具有更加持久且高效的优点。

  红色与绿色发光二极管已经伴随我们超过半个世纪,但我们还需要蓝光的到来才能彻底革新整个照明技术领域,因为只有完整的采用红、绿、蓝三原色之后,我们才能产生照亮我们世界的白色光源。尽管工业界和学界付出了巨大的努力,但产生蓝色光源的技术挑战仍然持续了超过30年之久。

  当时,赤崎勇和天野浩在日本名古屋大学工作,而中村修二当时则在位于四国岛上的德岛市内一家名为“日亚化学”(NichiaChemicals)的小公司工作。当他们通过半导体产生出蓝色光源时,照明技术革命的大门打开了。白炽灯照亮了整个20世纪,而21世纪将是LED灯的时代。

  电能直接转换为光子

  一个发光二极管由数层半导体材料构成。在LED灯中,电能被直接转换为光子,这大大提升了发光的效能,因为在其他灯具技术中,电能首先是被转化为热,只有很小一部分转化成了光。白炽灯和卤钨灯一样,电流被用于加热一根灯丝,从而实现发光。在日光灯管中(此前这种灯泡曾经被称为低耗能灯泡,但随着LED灯技术的出现,这一名称失去了意义),气体进行放电,在此过程中同时发热并发光。

  因此,新型的LED灯相比旧式的灯具,实现相同发光效率所消耗的能源就要低得多。另外,LED技术目前仍在不断被改进,其发光效率还在不断提升。最新的记录已经突破了300流明/瓦,而一般的灯泡这一指标是16,日光灯则是70。考虑到目前全球有大约1/4的电力用于照明目的,高效节能的LED灯技术对于全球的节能工作具有重大意义。

  LED技术与手机、电脑,以及所有其他基于量子现象原理的现代技术一样,源于同样的工程技术手段。一根发光二极管内包括几个分层:n层带有多余负电荷,p层则电子数不足,你也可以将其理解为这里存在多余的带有正电的空洞,或“正电穴”。

  在它们之间是一层活动层,当向半导体施加一个电压,就会驱动带负电的电子层与正电穴层之间的相互作用。当电子与正电穴相遇,两者就会结合并产生光线。这一过程产生光线的波长完全取决于半导体的性质。蓝光波长很短,只有某些特定材料可以产生这一波长的光线。

  诺奖得主

  赤崎勇现年85岁,1964年获名古屋大学博士学位,1981年起任名古屋大学教授,现为日本名城大学终身教授、名古屋大学特聘教授。54岁的天野浩与赤崎勇是师生关系,现为日本名城大学教授。

  赤崎勇和天野浩在氮化镓研究中,首次实现了氮化镓的PN结,为利用氮化镓材料制造蓝色发光二极管奠定了基础。2009年11月10日,赤崎勇获得2009年度京都奖尖端技术领域的奖项。京都奖自1985年始设立,面向尖端技术、基础科学、思想和艺术3大领域,其得主中有数位又将诺贝尔奖收入囊中。

  60岁的中村修二为蓝光二极管和青紫光二极管的发明者,被称为“蓝光之父”。中村修二于1979年获德岛大学电子工程硕士学位,并于同年加入日亚化学。他于1993年发明蓝光二极管,1997年开发出青紫光二极管,1999年离开日亚公司,其后任教于美国加州大学圣巴巴拉分校。中村修二与日亚公司后因专利问题发生诉讼纠纷,旷日持久的官司也让他广为人知。

  “2006年,蓝光发光二极管就拿下了千年技术奖,获得100万欧元的奖金”,中国科学院物理所研究员丁洪说,“千年技术奖”是迄今世界上颁发的奖金数额最高的科技奖,每两年颁发一次,以表彰在科研或发明领域作出重大成就的个人或研究小组。

  主要从事氮化镓基蓝、绿光系列高质量LED研发和生产的武汉华灿光电(300323,股吧)股份有限公司,其总裁刘榕博士曾经与天野浩的团队有过合作。在刘榕看来,天野浩和赤崎勇两人最重要的工作,就是在1990年前后,发现了P型掺杂氮化镓材料,解决了蓝光LED的P极材料的导电问题,否则蓝色的LED做不出来。中村修二过去是做荧光粉的日亚公司的工程师,1992年左右,在赤崎勇和天野浩的结果出来后,用更简便的方法实现了P型掺杂,后来应邀去美国做教授。

  “他们几乎是在同一时段进行实验并最终取得成果,接着又互相提高对方的实验成果”。皮尔·德尔辛教授说。

  蓝光的意义

  LED研发的历史已经很长,红光二极管最早诞生于20世纪70年代。绿光二极管也已存在多年。众所周知,红色、绿色和蓝色三色叠加就会得到白色的光,这个道理牛顿早在1671年就告诉了我们。然而,蓝光二极管的研发却困难重重,这曾被认为是二十世纪不可能完成的任务。

  而蓝光LED的出现,正在改变照明工业的历史。刘榕介绍,白光LED既节电又环保,耗电量比常规的白炽灯节省90%,比荧光灯节省30%~40%,而且不含汞,是绿色环保的理想新光源。最近的一次纪录达到300流明/瓦,这相当于16个普通灯泡、近70个荧光灯。这是诺贝尔物理学奖新闻发布会上给出的一组数据。“理论上,每一次你将一个电子放进一个空穴(holes)里,就能得到一点光。而LED光源就在接近这个目标。接下来很难找到比这更好的方法。”皮尔·德尔辛教授说,提高还会有,可能是一点点进步,但绝不会十倍于它,已经没有那种空间了。

  现在天野浩教授仍然在做紫外LED的研究。刘榕博士说,现在照明上的科学问题已经基本上解决了,只是工程上的改进,紫外LED的效率还要提高,因为从蓝光到深紫外光,要求材料中的氮化铝比例越来越高,这使得P型材料导电性越来越差,器件的效率难以提高。值得一提的是,高效的紫外光LED技术将对便捷安全的细菌消杀设备提供重要的基础。

  来源:中国民商

本文来源:https://www.oubohk.cn/wuli/306341/

  • 相关内容
  • 08-31 [法律专业排名]法律专业的大学生如何自我救赎

    近年来,除了少数有钱有势的,大多数法律专业的学生就业是相当困难的,一般来讲,他们就这么几个去向,法院系统,律师,一般单位的法律顾问,法律专业老师。但要进法院都要考公务员,但现在考个专业解析

  • 08-31 高校大学生现状_广州高校大学生引爆开学经济:最青睐数码产品

    这几天,广州高校新生陆续开始报到,作为进入大学的首批90后,他们潜在的购买力不容小觑。作为追求独立、推崇时尚的群体,90后大学生们迅速加入“开学经济”的实力消费群。面对此商机,众商家热点关注

  • 08-31 【约书亚树国家公园】约书亚树

    人们认为约书亚树地形是在1亿多年前形成,当时炙热的熔融液体从地球内部渗出,并在没流出地面之前冷却。当这里转变成沙漠气候以后,山洪暴发最终冲走了地表的泥土,让这些彼此堆积在一起的大石头暴露在外,地理博览

  • 08-31 [四川地震灾区发展情况]四川地震灾区清华大学30名新生赴京就学

    “我要在自己喜欢的领域里有所突破!”已成为清华大学学生的袁定波,见面时略显羞涩,但谈及日后理想,口气却很“狂妄”。这个瘦瘦小小的朴实大男孩,来自青川县极重灾区普通农村家庭。那场天崩地裂的四川

  • 08-31 90后消费观与消费现状_90后新生消费观挺朴素 商家推出促销措施

    开学在即,已经拿到录取通知书的准大学生们开始在父母的陪伴下购置入学装备,并抓紧时间同学聚会。今年即将入学的新生绝大部分都是1989年、1990年出生,他们的消费观透出了90初新生的热点关注

  • 热门专题
  • 网站地图- 手机版
  • Copyright @ www.oubohk.cn 教育资讯网-中高考资讯 All Rights Reserved 京ICP备17136666号
  • 免责声明:教育资讯网-中高考资讯部分信息来自互联网,并不带表本站观点!若侵害了您的利益,请联系我们,我们将在48小时内删除!