低能耗固態照明將成為現實

這項叫作發光二極管的發光技術是傳統白熾燈發光效率的四倍，同時與熒光燈相比，它又有著極為優越的環保性，它的使用壽命也相當的長一般在十五年左右。物質工程、電子和計算機工程博士帝摩斯?D?薩斯說：“這項發光二極管技術，因為其較好的照明效果和環保性，將有可能完全代替現在的白熾燈和熒光燈而廣泛應用。”

這種發光二極管照明裝置將有著和熒光燈一樣的效率，但是前者卻不含有后者含有的水銀等有害物質。盡管這種照明裝置有很多的優點，但是它的市場價格卻過高，因為它的制作材料來源于藍寶石。而研究人員找到了解決這一問題的方法，他們利用包裹了金屬的硅來代替原來的材料，降低了很大的成本。該材料的詳細說明將在本月發表于美國物理局的《應用物理快報》（Applied Physics Letters）上。

這種發光二極管裝置是通過半導體材料的通電發光的性質制成的，屬于固態照明，而傳統的照明則是通過點亮玻璃管中的金屬絲和發光氣體來實現的。該裝置曾因為技術的限制而僅僅用于電子設備和玩具的指示燈，但是現在新材料的引入則使其照明度達到了同熒光燈一樣的效果。而這種新材料主要是嫁氮化合物，它在通電后發出的光為寶石藍和綠色，所以在交通信號燈，及高質量DVD播放機的激光器上常有應用。

而在新的硅材料發光二極管的研究中，普渡的工程師將硅板金屬化，在其外包裹了一層由鋯氮化合物組成的反射層，以達到同樣的反光效果。“當發光二極管裝置發光時，光是向不同的方向發射的，有的向上有的向下，我們需要將向下的光線反射向上，從而使光線不會丟失。”薩斯說。起初，鋯氮化合物在硅中并不穩定，因為兩者會發生化學反應。研究人員利用了在硅和鋯氮化合物中間添加鋁氮化合物的方法解決了這一問題。“這一過程的最主要收獲就是我們成功的將兩者(硅、鋯氮化合物)隔離，從而防止了兩者的反應。”薩斯說。

盡管使用這項技術，工程師們仍然不能高效的直接生產這種利用含金屬反射層的硅物質所制成的發光二極管裝置。現在所使用的方法是一種電子工業常用的方法，就是讓鋯、鋁金屬粒子同顯正電性的氬氣離子在真空管中進行碰撞，氬離子將導致金屬粒子飛出。而如果將這個反應置于氮氣環境中，將能使產生的鋯氮化合物和鋁氮化合物覆蓋在硅的表面。

當這些化合物全部覆蓋在硅表面時，他們就會自動排列晶體結構從而和硅結構相對應。“我們稱這種反應為去向付生生長，反應中化合物的粒子會在硅粒子上流動，直到找到合適的晶體位置。”薩斯說。正是因為這一晶體結構模式使發光二極管能夠正常的工作。

硅材料的使用加速了發光二極管裝置的生產進程，同時也降低了許多儀器的成本。而其較藍寶石的又一優點是其散熱效果好，從而可以降低因過熱而導致儀器損壞的可能性，使使用更加穩定和長久。同時廣泛的使用固態照明也會對能源消耗帶來巨大的影響，因為美國幾乎三分之一的電能源消耗來自照明。“如果我們將所有的照明裝置用固態照明儀器代替，將有三分之一的因照明而消耗的能源能被節省下來，”薩斯說：“這是美國百分之十的電力消耗量。”

事實上白熾燈的發光效率為百分之十，也就是說有百分之九十的能量都用于了發熱，而相比之下固態照明裝置的發光效率則在百分之四十七到百分之六十四左右，只是這種固態照明裝置現在的市場價格為一百美元，如果價格降至五美元，那么它將很快得到廣泛應用。“這種固態照明裝置仍在改進中，不論從各個方面，它都是存在著優勢的。盡管它的價格現在比較昂貴，這個問題也將很快得到解決。”薩斯說。他預計在兩年之內價格低廉的這種固態照明裝置將會投放市場。