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2014年諾貝爾物理獎授予了三位日本學者，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光二極管 北京時間2014年10月7日，諾貝爾物理獎揭曉，兩名日本科學家和一名美籍日裔科學家分享了2014年度的諾貝爾物理獎，他們分別是日本名古屋大學的科學家赤崎勇（Isamu Akasaki）和天野浩（Hiroshi Amano），以及先后受聘于日亞化學（Nichia Chemicals）、加州大學圣塔芭芭拉分校的美籍日裔科學家中村修二（Shuji Nakamura）。 從日亞化學這個公司就可以看出，本屆諾貝爾物理獎與發光二極管有關，日亞化學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，這三位科學家的研究方向都為藍色發光二極管，旨在讓全人類用上更加節能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 藍色發光二極管是一種環境友好型的光源，日本科學家認為21世紀是LED燈的世界，而20世紀則屬于白熾燈泡，在過去的半個世紀左右的時間，紅色和綠色的發光二極管在北美等發達國家和地區大量使用，但藍色發光二極管是真正的革命性照明技術。 為了研究藍色發光二極管，全世界的專業人員都為此奮斗了數十年，盡管這個研究方向存在高風險，但回報也是非常巨大的，我們可以將照明技術提升到新的高度。因此將諾貝爾物理獎授予三位在此領域有著突出貢獻的科學家是理所當然的，阿爾弗雷德·諾貝爾獎的得主應當帶領人類文明的進步，這項技術讓我們擁有更高效、持久的光源。
發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 發光二極管包括多層半導體材料，根據LED燈的工作原理，電會轉換為光子，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，電流通過金屬絲后使其發光，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，它通過氣體放電來產生光和熱，其能量損失會小于白熾燈，因此也被稱為低能量燈泡，但是在LED燈問世后“低能量燈泡”似乎就不屬于熒光燈了。 新的LED燈技術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小時算，超過這個時間后燈絲就被燒壞，而熒光燈的點亮時間為1萬小時，是白熾燈的10倍，那么LED燈的持久性更好，可以達到10萬小時，從而大大降低了材料的損耗。 LED技術對我們并不陌生，在手機、電腦等現代電子設備中都可以找到，紅色發光二極管在20世紀50年代末被研制出來，被用于數字式手表、計算器等設備，對于波長更短的藍色二極管，許多實驗室都嘗試過開發，但是都沒成功。赤崎勇和天野浩的研究方向是對LED照明系統中的材料進行研發，通過上千次的實驗，他們發現氮化鎵在藍色LED光源上的表現非常好，可以用于制造藍色LED光源，此前還沒有人能夠利用氮化鎵晶體制造出高品質的LED光源。日亞化學的中村修二也選擇了氮化鎵晶體來取代硒化鋅，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氮化鎵晶體的研發，其制備的方法是通過在藍寶石襯底上涂上氮化鋁，從而得到高質量的氮化鎵，幾年后他們再次在LED光源p型層的研發領域取得了突破，通過掃描電鏡的實驗，他們發現這種材料的發光效率更好，1992年時他們已經能夠制造出散發出耀眼藍光的二極管。而中村修二的研發之路也在1988年左右，他也成功制造出高品質的氮化鎵，到了20世紀90年代，這兩個研究小組進一步提升了藍色LED光源的照明效率，并發明了一種藍色激光器，用來切割出更加“鋒利”的光束，由于藍光的波長短，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，藍色LED技術的進步將是21世紀照明領域的一場革命，未來我們將通過這項技術產生出與自然光接近的光源，這有利于我們生物鐘的調節，因此該技術可以用于溫室栽培，甚至是未來的火星定居點，人造光源模擬自然光能夠讓宇航員進入更遙遠的深空。對于地球上的居民而言，價格更低、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有被電網覆蓋，由此可見這三位科學家的研究成果對人類文明的貢獻是巨大的。 來源：騰訊科技 |
