研究人員已經(jīng)展示了基于納米材料的白光發(fā)光二極管(LED)，其發(fā)光效率達(dá)到每瓦105流明。發(fā)光效率衡量光源使用功率產(chǎn)生光的程度。隨著進(jìn)一步發(fā)展，新型LED可以達(dá)到每瓦200流明以上的效率，使其成為家庭，辦公室和電視的有前途的節(jié)能照明光源。

“高效LED具有節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的巨大潛力，”土耳其Koç大學(xué)研究負(fù)責(zé)人Sedat Nizamoglu說。“用效率為每瓦200流明的LED取代傳統(tǒng)照明光源將使全球照明用電量減少一半以上。這一減少量相當(dāng)于230個典型的500兆瓦燃煤電廠所產(chǎn)生的電力，并將減少溫室氣體排放2億噸。“

研究人員描述了他們?nèi)绾卧诠鈱W(xué)學(xué)會的高影響力研究期刊Optica中創(chuàng)造出高效率的白光LED 。新型LED采用市售的藍(lán)色LED與柔性透鏡相結(jié)合，填充了稱為量子點(diǎn)的納米級半導(dǎo)體顆粒溶液。來自藍(lán)色LED的光使得量子點(diǎn)發(fā)射綠色和紅色，其與藍(lán)色發(fā)射結(jié)合以產(chǎn)生白光。

“我們的新LED達(dá)到了比其他基于量子點(diǎn)的白光LED更高的效率水平，”Nizamoglu說。“用于制造量子點(diǎn)和新LED的合成和制造方法簡單，便宜并適用于大規(guī)模生產(chǎn)。”

量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)

為了使用今天的LED產(chǎn)生白光，通過在藍(lán)色LED上添加淡黃色熒光粉涂層來組合藍(lán)光和黃光。因?yàn)榱坠怏w具有寬的發(fā)射范圍，從藍(lán)色到紅色，所以難以靈敏地調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的白光的特性。

與熒光粉不同，量子點(diǎn)產(chǎn)生純色，因?yàn)樗鼈儍H在光譜的窄部分發(fā)光。這種窄發(fā)射使得通過將產(chǎn)生不同顏色的量子點(diǎn)與藍(lán)色LED組合，可以創(chuàng)建具有精確色溫和光學(xué)特性的高質(zhì)量白光。量子點(diǎn)還具有易于制造的優(yōu)點(diǎn)，并且通過增加半導(dǎo)體顆粒的尺寸可以容易地改變其發(fā)射的顏色。此外，通過改變摻入的量子點(diǎn)的濃度，量子點(diǎn)可以有利地用于產(chǎn)生暖白光源，如白熾燈泡或冷白源，如典型的熒光燈。

雖然嵌入在薄膜中的量子點(diǎn)目前用于LED電視，但是這種照明方法不適合在普通照明應(yīng)用中廣泛使用。將量子點(diǎn)轉(zhuǎn)移到液體中使研究人員能夠克服納米材料嵌入固體聚合物時出現(xiàn)的問題效率下降。

制作高效的白光LED需要量子點(diǎn)，有效地將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為紅色或綠色。研究人員進(jìn)行了300多次合成反應(yīng)，以確定最佳條件，如溫度和反應(yīng)時間，以制造出不同顏色的量子點(diǎn)，同時展現(xiàn)出最佳效率。

Nizamoglu說：“制造白光需要整合適量的量子點(diǎn)，即使實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，也會有無數(shù)的藍(lán)色，綠色和紅色組合可以導(dǎo)致白色。” “我們根據(jù)最近報(bào)道的理論方法開發(fā)了一種模擬方法，并用它來確定量子點(diǎn)顏色的適當(dāng)數(shù)量和最佳組合，以實(shí)現(xiàn)高效的白光生成。”

為了制造新的LED，研究人員在聚合物透鏡和LED芯片之間填充了一個量子點(diǎn)溶液，通過在高溫下混合鎘，硒，鋅和硫來合成。研究人員使用一種硅膠來制造鏡片，因?yàn)樗膹椥允顾鼈兡軌驅(qū)⑷芤鹤⑷腌R片而不會有任何溶液泄漏，并且材料的透明度使得必要的光透射成為可能。

研究人員表明，他們的液體白光LED的效率可以達(dá)到在固體薄膜中加入量子點(diǎn)的LED的效率的兩倍。他們還展示了他們的白色LED，用它們照亮7英寸的顯示屏。

“量子點(diǎn)對高效照明應(yīng)用具有很大希望，”Nizamoglu說。“技術(shù)開發(fā)仍有很大空間，可以產(chǎn)生更有效的照明方法。”

作為下一步，研究人員正在努力提高LED的效率，并希望使用無鎘和無鉛的環(huán)保材料達(dá)到高效率水平。他們還計(jì)劃在不同條件下研究液態(tài)LED，以確保它們在長期應(yīng)用中穩(wěn)定。