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蓝光LED发明者获诺贝尔奖 引发第二次照明革命

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-10-08 来源:综合整理报道浏览次数:84

       赤崎勇

       10月7日,日本科学家赤崎勇在名古屋举行的新闻发布会上讲话。新华社/路透

       天野浩

       这是由名古屋大学提供的该校天野浩教授的资料照片(2010年1月19日摄)。新华社/路透

       中村修二

       这是2004年1月30日在东京拍摄的美籍日裔科学家中村修二的资料照片。 新华社/法新

3名日本出生的科学家因发现新型节能光源而获得2014年度诺贝尔物理学奖。

诺贝尔物理学奖评选委员会7日在瑞典首都斯德哥尔摩宣布这一消息时认定,3名获奖者发明了一种蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白色光源,依据这一原理问世的LED灯“将点亮整个21世纪”。

LED灯点亮21世纪

3名获奖者分别为85岁的日本明城大学教授赤崎勇、54岁的名古屋大学教授天野浩和60岁的加利福尼亚大学圣巴巴拉分校教授中村修二。其中,中村修二为美国籍。

诺贝尔物理学奖评选委员会的声明说,这3名科学家上世纪90年代早期通过半导体导出蓝色光束,却为照明领域的发展带来了根本性转变。

LED光源与传统光源相比具有节能、耐久等优势。红光LED和绿光LED早已发明,但长期以来制造蓝光LED成为一个难题,缺少了三原色中的蓝色,就无法获得可用于照明且让消费者感受舒适的白色LED光源。

“他们的发明具有革命性,”声明说,“白炽灯点亮了20世纪,21世纪将由LED灯点亮。”

省电节能全球受益

按照评选委员会的说法,这项只有“20岁”的“年轻”发明之所以获奖,是因为这种用全新方式创造的白色光源已经“让我们所有人受益”。

根据研究数据,多数高级LED灯的能耗可以低至普通灯泡的不到二十分之一,但耐久度分别是荧光灯和白炽灯的10倍和100倍,且照明效果更加稳定。

因为全球发电总量的大约四分之一用于照明目的,LED灯的面世对节省全球资源贡献不小。如今,不少国家正推动向LED照明领域转变,以节省更多照明所需的电力乃至资源。

评选委员会还认为,LED灯对电力的要求非常低,依靠当地低成本的太阳能便可使用。这种新型光源的问世为全球15亿未能受益于电网的人口带来了更高生活品质。

马里兰大学联合量子研究所物理学家菲利普·舍韦说,LED照明研究获奖,说明物理学研究可以带来实实在在的益处,而不仅仅是探索宇宙的奥秘。

“在他人失败地方获得成功”

85岁的赤崎勇在获奖后举行的记者会上首先感谢他的研究团队,称“我无法一个人完成这项成果”。

提及成功的秘诀,赤崎勇强调了研究团队的执着精神。他坦言,不少人之前对他说,他的研究在20世纪结束时也不会取得成果,“但我决没有这么认为……我只是一直在做我希望做的事”。

事实上,科学界先前在发明蓝光LED方面已付出数十年努力,却没有取得突破。诺贝尔奖评选委员会说,这3名科学家“在其他人已经失败的地方获得了成功”。

身在美国的中村修二当地时间凌晨接到获奖电话,惊喜之余连道“难以置信”。他随后发表声明,称对获奖感到荣幸,“看到我们的LED照明梦想成真非常令人满意……希望节能的LED灯有助于减少能源消耗,降低全球范围的照明成本”。

中村修二虽然现任加利福尼亚大学圣巴巴拉分校教授,却是在一家名为“日亚化学”的未上市日本企业工作时发明了蓝光LED。

路透社报道,中村修二虽然带来了卓越发明,但在此后10年几乎没有得到“日亚化学”的任何奖励。直至2004年,东京一家法院下令“日亚化学”向中村修二支付200亿日元(1.83亿美元)补偿金。

蓝光LED引发第二次照明革命

现在,我们随处可见LED(发光二极管)的“倩影”:它在我们的电脑前面闪烁;在城市的霓虹灯中展露其灿烂的笑脸;它是黑暗中新型手电里的一束光;也组成了广场中央的电视墙……城市和世界的光彩来自于科学家的心血。

据诺贝尔官方网站消息,日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二因发明“高亮度蓝色发光二极管”荣膺2014年诺贝尔物理学奖,诺贝尔奖评选委员会在声明中表示,三位获奖者在发明新型高效、环境友好型光源,即蓝光LED方面做出了巨大的贡献。借用蓝光LED,白光可以以新的方式被创造出来。使用LED灯,我们可以拥有更持久和高效的灯光代替原来的光源,不仅能为人类节省大量能源,也能照亮全球更多地方。

蓝光LED,姗姗来迟

1907年,在英国马可尼电子公司工作的英国工程师亨利·约瑟夫-劳德第一次在一块碳化硅晶体里观察到电致发光现象。他在一块碳化硅晶体的两个触点之间施加了电压,结果发现:在低电压下,可以看到黄光;而在高电压下,可以看到更多颜色的光,这种“电致发光”现象也奠定了LED被发明的物理基础。

1962年,美国通用电气公司34岁的普通研究人员尼克·何伦亚克发明了可以发出红色可见光的LED,他的名字也随LED的红光一起红了起来。由于何伦亚克的发明后来得到了广泛的应用,所以一般称他为“发光二极管之父”。1972年,何伦亚克的学生乔治·克劳福德站在巨人的肩膀上,发明了第一颗橙黄光LED,其亮度是先前红光LED的10倍,这标志着LED向提高发光效率方向迈出的第一步。

到了20世纪70年代末期,LED已经出现了红、橙、黄、绿、翠绿等颜色,并被用于机器仪器的显示光源,但依然没有蓝光LED。由于光的三原色中包含有红、绿、蓝,蓝色光源的缺失,使得照明的白色光源总是无法获得。蓝光LED的市场价值巨大,也是当时世界性的攻关难题,引无数科学英雄竞折腰。

1973年,当时在日本松下电器公司东京研究所的赤崎勇最早开始了蓝光LED的研究。后来,赤崎勇和天野浩在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发,1989年首次研发成功了蓝光LED。

1993年,在日本日亚化工(Nichia Corporation)工作的39岁的中村修二终于发明了基于氮化镓和铟氮化镓的具有商业应用价值的蓝光LED,从而引发了照明技术的新革命。凭借此项发明,他荣获2006年千禧科技奖,这相当于科技界的诺贝尔!不久之后,人们在蓝光LED的基础上加入黄色荧光粉,就得到了白色光LED,利用这种荧光粉技术可以制造出任何颜色光的LED(如紫色光和粉红色光)。蓝光和白光LED的出现拓宽了LED的应用领域,使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。

年轻有为 前途无量

目前,照明技术正在经历一场前所未有的变革,也就是从灯泡和荧光灯到LED的变革。1879年,美国发明家托马斯·爱迪生发明了灯泡,1882年初春,第一批实用的白炽灯终于问世了,它给千家万户带来了光明和欢乐,白炽灯是爱迪生对人类最辉煌的贡献之一。但爱迪生发明的白炽灯也有缺点,就是其效率很低,约等16流明/瓦,相当于仅有4%的电能转化为光能。1900年,彼得·库珀-休伊特于发明了荧光灯,其效率高达70流明/瓦。目前的白光LED则超过300流明/瓦,

被用于照明的白光LED常常建立在高亮度的蓝光LED的基础之上,后者能激发一个荧光磷,这样蓝色的光被转化成白色的光。这些高质量的LED的寿命长达10万小时,相比之下,荧光灯的寿命是其十分之一,而白炽灯的寿命为其百分之一。白光LED的成本逐渐降低,市场也在急遽扩张。在不久的将来,三色LED可能会取代蓝光LED和荧光磷的组合用于高亮度照明,这一技术将使得我们可以对颜色组成进行动态控制。现在,我们在LED市场上就能看到各种新奇的颜色,如浅绿色和粉红色等。

另外,鉴于照明占据全球整个电能消耗的20%—30%,而新的白光LED的能耗仅为普通灯泡的十分之一,所以,白光LED的使用能为人类节省大量的能源。同时,由于LED的寿命长达10万个小时,和白炽灯泡的1000个小时以及荧光灯的1万个小时相比,LED又帮助节省了材料的消耗。

今天,基于氮化镓的LED已经成为很多手机、平板电脑、计算机监视设备、电视屏幕等的背照液晶显示器的关键技术。发出蓝光和紫外线的氮化镓二极管激光器也被用于高密度的DVD内,大大促进了音乐、图片和电影存储技术的发展。未来,人们或许可以使用发紫外线的氮化镓铝/氮化镓LED来净化水,因为紫外线可以杀死细菌、病毒以及微生物的DNA。另外,世界上缺乏电网的人口将超过15亿,LED灯的出现给他们带来了希望,因为LED的低功耗,一些当地的廉价太阳能就足以为其供电。

尽管只有20岁,但蓝光LED给人类带来了极大的福祉,也实现了诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德·诺贝尔为人类造福的遗愿,得奖可谓实至名归。诺贝尔奖评选委员会在关于获奖成就的声明中指出:“白炽灯照亮了20世纪,那么21世纪将是被LED灯照亮的。”

LED到底能发展多远,不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。早期的LED只能应用于指示灯、计算器显示屏和数码手表,但现在开始出现在超亮度的领域。大功率LED器件是目前新兴的LED产品,主要被用在照明方面,但这项技术目前还不是很成熟,主要是因为大功率LED虽然亮度高,但发热量也大,“身价不菲”。

从1907年半导体PN结发光理论的提出,到今天LED技术的无处不在,期间经历了一个多世纪,包括赤崎勇、天野浩和中村修二等在内的无数科学家为LED的发展付出了巨大的心血,LED所带来的经济效益和社会效益将是无法比拟的。

诺奖得主 奖金都怎么花

       居里夫人投入研究 爱因斯坦全给前妻

今年诺贝尔奖6日起开始颁发,在关注谁获得奖项的同时,获奖者同样也会面临800万克朗(约113万美元)奖金该怎么花的问题。

       买房买车

1993年诺贝尔医学奖获得者、美国遗传学家与分子生物学家菲利普·夏普:买下一栋有百年历史的老房子。

2001年诺贝尔医学奖获得者、英国生物化学家保罗·纳斯爵士:升级摩托车。

2013年诺贝尔物理学奖获得者、英国物理学家彼得·希格斯:买了一辆定制的紫丁香色SUV。

       捐赠或投入研究

1995年诺贝尔生理学或医学奖获得者、德国分子生物学家C.N·福尔哈德:用这笔钱建立了一个慈善团体,帮助年轻女性科学家抚养孩子。

1999年诺贝尔生理学或医学奖获得者、细胞生物学家甘特·布洛贝尔:将100万美元奖金全部转给了德国德累斯顿市政厅,要求用这些钱修复该市大教堂。

2000年诺贝尔生理学或医学奖获得者、美国分子神经生物学专家保罗·格林加德:建立了一个名为“珀尔·梅斯特·格林加德奖”的新奖项。他以母亲的名义建立这个奖项,被称为“女性诺贝尔奖”,弥补对女性的偏见。

2006年诺贝尔物理学奖获得者、美国物理学家约翰·马瑟:设立了Johnand Jane Mather科学和艺术基金,用于资助舞蹈艺术、研究生奖学金、美国国家航空航天局实习生旅游补助和其他项目。

1903年诺贝尔物理学奖和1911年诺贝尔化学奖获得者居里夫人:投入研究。

       补贴家用

1993年医学奖获得者、美国生物学家理查德·罗伯茨:用部分奖金在家门前的草坪安装槌球装置。

1921年诺贝尔物理学奖获得者爱因斯坦:将所有奖金留给了第一个妻子和两个儿子。

       趣闻

       屡现“夫妻档” 是巧合吗?

今年诺奖得主梅-布里特提及婚姻在她研究中的作用时说,她和丈夫有相同的愿景,乐于相互沟通和理解,并致力于解决两人共同关心的问题。“当突然想到一个问题的时候,你能马上(和丈夫)探讨,而不是(不得不)计划在一周、两周或三周后开一次会,效果截然不同,”梅-布里特说。

位于瑞典首都斯德哥尔摩的诺贝尔博物馆馆长古斯塔夫·凯尔斯特兰德认为,“已婚夫妇经常是一个好团队,他们可以在实验室内外不断交换思想,”凯尔斯特兰德说,“这是好的(研究途径),因为你坐在实验室的时候,不一定会迸发出最好的观点。”

       四大夫妻档

开创诺奖“夫妻档”先河的是居里夫妇。波兰裔法国人玛里·居里和丈夫皮埃尔·居里1903年获物理学奖。

1935年,居里夫妇的女儿伊雷娜·约里奥-居里和丈夫弗雷德里奥·约里奥一起成为诺贝尔化学奖得主。

1947年,美国人卡尔·科里和格蒂·科里夫妇获医学奖。

2014年10月6日,挪威科学家夫妇梅-布里特·莫泽和爱德华·莫泽获得诺贝尔医学奖。

       预告

2014年剩余诺奖公布时间

化学奖 北京时间8日17时45分

和平奖 北京时间10日17时

经济学奖 北京时间13日19时

文学奖 瑞典皇家科学院规定,公布时间另行通知。

 
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