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美国研制成功纳米结构的无线光源(图)

2004-07-05 周道其

  快速进入我们生活中的具有各种功能的无线装置正在接近“有线”工艺最墨守成规的堡垒,尤其是电气照明,根据美国Sandia国家实验室核研究实验室发布的资料显示,美国已研制成以纳米晶体为基础的无线光源,将来它们能够取代我们习惯使用的白炽灯或日光灯,新型无线灯泡还具有一个优点,即它的高效率。

  无线光源是在洛斯阿拉莫斯科学实验室与Sandia国家实验室合作计划范围内研制的,在无线光源中利用的辐射元素是纳米晶体,利用半导体结构即所谓的“量子井” (quantum well)作为能源。纳米晶体能有效吸收紫外线,然后再以可见光波段辐射。实验显示,纳米晶体结构开始辐射光,纳米晶体直接放在能源附近,这样的作用机理具有一系列吸引人的优点,特别是纳米晶体辐射的光波波长在很大程度上由结构对称参数决定,而不是由所利用的材料性能决定,并且很容易获得一定颜色的光源,例如红色、蓝色、绿色等,或是将不同颜色的光组合在一起,获得白光。

  科学家在实验中利用的“量子井”是一块厚度仅为3纳米的薄膜,薄膜由涂在直径为5厘米(2英寸)基片上的镓铟氮化物组成。能级结构使“量子井”辐射紫外线(波长约为400纳米),“量子井”由Sandia国家实验室化学家丹尼埃尔·科列斯凯研制,而实验装置安装、进行实验以及理论研究都是由洛斯阿拉莫斯科学实验室科学家完成。

  在已进行的实验中“量子井” 依靠激光抽汲能量,激光取代更方便运行的电流会带来很大困难,但是科学家认为,这一问题会完全得到解决。在首批实验中,能量传输效率已达到55%,将来这一指数可以大大提高——几乎达到100%。

  研制高效光源是现代半导体电子仪器优先考虑的一个任务:现在照明仪器是世界各国电能的主要消耗者,研制超亮发光二极管看来是该领域最有希望的方向。超亮发光二极管已经出现在市场上,尤其是意大利Rimsa公司研制成一种能提供绝对“冷”光的照明器,在该照明器中利用Luxeon V发光二极管,Luxeon V的发光值可达到120流明,其寿命超过现在普遍使用的卤化灯寿命25倍。毫无疑问,在纳米结构基础上研制高效无线光源将会大大扩展新工艺的应用范围。

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