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2014诺贝尔物理奖:闪耀在LED之下的21世纪

2014-10-08 17:15:26来源:北京文艺网    作者:

   

  “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(Per Delsing)在发布会现场如此告诉记者。

  爱迪生的白炽灯照亮了20世纪,而21世纪将闪耀在LED之下。

  10月7日下午,瑞典皇家科学院宣布,将2014年诺贝尔物理学奖联合授予日本科学家赤崎勇(Isamu Akasaki),天野浩(Hiroshi Amano )以及任教于美国加州大学圣巴巴拉分校的美籍日裔科学家中村修二(Shuji Nakamura ),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),“这使得生成明亮且节能的白色光源成为可能”。

  正如诺贝尔物理学奖专家委员会成员奥尔·伊戈纳斯(Olle Inganas)所说,蓝色LED可以制造出白色光源从而改变了人们的生活,但它的用途又远不仅于此。多年来,我们看到蓝光LED广泛应用于蓝色激光、光存储器的制造上。接下来,它还将大大改进我们的通讯设备——事实上,白色LED已经成为液晶电视、手机、Pad以及电脑等设备液晶显示器不可或缺的背照灯光源。此外,蓝色lED的发明还会让我们的环境变得更清洁,它的光波可用于清洁水源,并减少有毒物质“汞”的使用(制造荧光灯需要用“汞”)。

  显然,这是一个“发明”,而非“发现”,它符合诺贝尔奖的传统。“我相信它的这些用处一定会让阿尔弗雷德·诺贝尔本人很开心。”奥尔·伊戈纳斯说,诺贝尔本人就是一个伟大的发明家,他的心愿是把这个奖颁给那些为整个人类社会做出伟大发明的人。

  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,其得主中后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对财新记者说,“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股份有限公司(300323.sz),其总裁刘榕博士曾经与天野浩的团队有过合作。他告诉财新记者,他2003年在美国亚利桑那州立大学读博士的时候,与日本名城大学的天野浩教授有过项目上的合作,开发一种紫外光的LED。“他人很好,很愿意帮助别人,相互交流也没什么保留,对自己的研究非常投入,做了几十年。”

  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。

  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,但绝不会十倍于他,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。

  (编辑:王日立)


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