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照亮21世纪 “蓝光之父”剖析LED未来

发布时间:2019-10-28 18:09 发布者: 
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  提起中村修二这个名字,大多数中国人可能还是比较陌生的,但是提及如今遍布生活方方面面的LED蓝光灯,大家肯定不会陌生。这位被誉为“蓝光之父”的日裔美籍科学家,在2014年获得诺贝尔物理学奖,现为美国加州大学圣塔芭芭拉分校工程学院材料系教授。近日,这位充满传奇色彩的诺贝尔奖获得者在出席合肥2016中国LED行业峰会时接受采访。

  小企业里走出的“蓝光之父”

  出生于日本伊方町普通家庭,25岁毕业于并非名校的日本德岛大学,就职于穷乡僻壤的小企业,并研发出蓝光LED。 45岁“裸辞”,从日本“技术工人”变为美国大学教授和科研领军人物。50岁因专利诉讼案起诉老东家获得8.4亿日元补偿,最终在60岁时获得诺贝尔物理学奖,拥有亿万资产。他的研究成果改变了21世纪的照明,造福了全世界——一见到中村修二,当记者将这位诺贝尔奖获得者的经历用简单的话语进行概括求证时,中村修二博士却对他取得的成就不以为然。

  “我从德岛大学毕业后就进入了日亚化学工业公司担任技术员,工作之初接到一个研发红色发光二极管的任务。不过当时的日亚化学只是一家名不见经传的小企业,此前并没有在这个项目上有过任何成就。不过好在当时在一些国家已经有了这方面的研究,于是我就自己一点一点地搜集这方面的资料,自己研究自己动手做,一个项目磨了十年,红光LED研究完成后,在这些工作的铺垫下,终于在1993年研究出蓝色发光二极管。”

  简单的语言中,中村修二将这一造福人类的巨大发明“轻描淡写”,但其实研究过程背后的波折与坚守最为重要。中村修二在刚开始研究蓝光二级管的时候使用的是movcd装置,这种价值2亿日元(约合1200万元人民币)的装置给他和公司都带来了不小的压力。但是用这种装置做了几个月的实验,却始终没有做出被誉为“第三代半导体材料”氮化镓的结晶体。而且,因为氮化镓熔点高,缺乏匹配衬底(相当于造房子时候的地基),晶体生长十分困难,所以当时国际上的大多数研究人员都放弃了对氮化镓的研究,转战硒化锌,业界普遍认为选择氮化镓无异于一场赌博。

  “有一段时间,我也很是灰心丧气,产生了从公司辞职的想法,但心中总有不甘,不想就这么放弃,因为在10年的红光LED研发过程里,实验室里几乎的所有仪器装置都是我亲手搭建的。于是,我思考着,能否在彻底放弃前,利用现有仪器对MOVCD进行改造呢?或许进行改造之后,能够得出满意的结果呢。”

  坚定了这个想法后,中村修二上午改造装置,下午做试验,一年半的时间里几乎没有休息一天,终于将原有的MOVCD装置改造成双气流MOVCD。艰辛的付出自然得到满意的回报。在废寝忘食的工作中,有一天,中村修二在实验中得到了自己孜孜以求的氮化镓结晶体颗粒,而且非常完美。“于我来说,这真的是一个非常大的自信心的提升,原来我可以通过这种方式得到自己想要的结果。”从此以后,这台双气流MOVCD产出的每一项试验结果竟然都是世界首创,最终中村修二在一系列科研基础上研制出了蓝光LED。

  蓝光LED照亮21世纪

  在近期合肥召开的2016中国LED行业峰会上,国内国际最新的LED行业发展动态和成果,逐一地向社会各界展示。越来越多的LED产品正在悄无声息地改变影响着我们普通民众的生活,诚如诺贝尔奖委员会在颁发给中村修二的颁奖词中写道:“白炽灯照亮20世纪,而LED灯将照亮21世纪。”

  简单地说,人类第一代照明是各种自然火光,第二代照明是包括普通钨丝灯泡、卤素灯等在内的各种白炽灯,第三代照明是通过各类型气体或弧光放电的照明灯光,如日光灯、荧光管节能灯、氙气灯等,第四代照明是固态光源,也就是各种LED灯。但是从1962年世界上第一个可见光谱范围的LED被发明以来,科学家都只研发出红光和绿光LED技术,而蓝光LED的技术难度要大得多,它在长达数十年的时间里都让科学界和工业界备感困扰。“如果缺少蓝光LED,我们就无法利用三原色原理合成白色照明光源。”中村修二向读者普及了这项科研成果的最基础常识。

  的确,随意留心身边,我们就能发现越来越多的LED产品。路边的路灯、户外的灯箱、家里的吊灯、便携的台灯,越来越多的LED灯逐步取代白炽灯、荧光灯,相机、手机、超薄电视的屏幕等也都用的是LED产品,就连一些汽车大灯的照明也开始用上了LED。

  “多数LED的能耗可以低至普通灯泡的不到1/20,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,元件使用寿命也大大延长。由于全世界有1/4的电力被用于照明用途,这种更加节能高效的灯具在全球压缩二氧化碳排放的大背景下将具有愈发重要的意义。LED灯还将帮助全球超过15亿人告别没有照明的时代,LED灯更低的能耗将让采用当地太阳能小型电站电力实现照明成为可能。”中村修二对于LED产业带来的革命性变化显得信心十足,这也正是2014年诺贝尔物理学奖在全球变暖的背景下颁发给他的重要意义——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”。

  “随着中国快速发展,环境污染问题日益严重,中国也可以在能源利用方面进行合理调整以缓解环境污染。比如大规模快速地引入LED照明,节省能源,减轻环境污染,这应该是未来的一个大方向。”中村修二提出了自己的建议。

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