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铟和镓:在 LED 照明和 2014 年诺贝尔物理学奖中发挥重要作用

乡亲们

美国能源独立的一个重要因素是减少照明能源的使用。虽然白炽灯在当时是最伟大的发明之一,但它的能效极低。研究表明,19% 的电力用于电力照明。为白炽灯供电的能源中高达 90% 实际上产生的是热量而不是光。这种额外的热量会导致更多的用电量,因为在温暖的气候条件下,可能需要更多的空调来保持办公室和住宅的凉爽。

LED 灯有望为解决这一能源问题做出重大贡献。与白炽灯每瓦 15 流明的亮度相比,LED 灯每瓦电能可产生约 100 流明的亮度。能效是白炽灯的六倍还不是 LED 的唯一优势;LED 的使用寿命约为 30,000 小时,是白炽灯 1,000 小时的 30 倍。

不足之处是,LED 灯目前价格较高,而且 LED 发出的光具有方向性,因此灯泡设计一直是个难题(目前已得到很好的解决)。见图 1。此外,许多人认为 LED 的蓝白光有些刺眼。

图 1.虽然 LED 的光线具有很强的方向性,但像这样的设计却复制了标准白炽灯的全向光线。

LED 灯的价格正在快速下降,购买各种色温的 LED 灯只是时间问题,这样就能创造出更多令人愉悦的白光颜色。我们已经对 LED 照明的这些问题进行了深入讨论

不存在白光 LED。为了产生白光,通常会同时使用红、绿、蓝 LED,如图 2 所示。

图 2. 为了产生白光,通常会将红光、绿光和蓝光 LED 的光混合在一起。

这些单色 LED 在半导体材料(如磷化铝镓铟氮化铟 和其他铟或半导体化合物)中加入了和镓,从而产生光。

在红光、绿光和蓝光 LED 中,蓝光 LED 的生产是最大的挑战,许多人认为这可能是不可能的。如果没有蓝光 LED,要制造出高效的 LED 白光将是一项挑战。然而,到 20 世纪 90 年代初,中村修二赤崎勇天野浩的研究成果实现了高效蓝光 LED。由于这项工作,他们被授予 2014 年诺贝尔物理学奖,"以表彰高效蓝光发光二极管的发明,它使明亮节能的白光光源成为可能"。

因此,当您目睹 LED 照明革命的发展时,请记住,镓和铟在让您的生活变得更加明亮的同时,还能节约大量能源,发挥着至关重要的作用。

干杯

罗恩博士