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灯泡光源改用石墨烯?为了稀土金属,也为了地球

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宏道 发表于 2016-9-12 21:23:34 | 显示全部楼层 |阅读模式


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图  发光二极管
在 LED 进入大众视野的几年过程中,技术的进步和人类需求的提高起到了绝大部分作用。即便是家用的没有损坏的传统照明,也逐渐被白光 LED 所取代。因为白光 LED 设备在功耗和照明的效果上有巨大的优势。
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图  LED灯
虽然 LED 产品普及到如此地步,但是仍然面临这一个巨大的问题,就是制作 LED 的原材料稀土元素越来越少(稀土元素是17种特殊的元素的统称,在地球上的含量是一定的)。为了解决这个问题,研究者正在研究一种避开稀土元素制作而成的全新的 LED,用石墨烯改写现在的白光 LED 技术。
13.webp.jpg 图  LED照明软灯
目前的白光 LED,也称为白光二极管,其白色光主要由单晶、多晶两种方式实现。多晶的意思是由不同颜色的 LED 封装在一起,通过颜色互补的方式显示出白色光。而单晶的方式就比较简单了,通过单一蓝光 LED 和其表面黄色磷光体组成的,磷光体的黄光和蓝光 LED 的混合,会让视觉上有白光的效果。以上两种工艺,都无法避开使用稀土元素。人眼所能见的白光,是由两种单色光以上的组合,即二波长发光(蓝色光+黄色光)或三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。上述两种模式的白光,都需要蓝色光,所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术。
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图  LED灯
最近,台湾国立清华大学的研究者在《ACS Nano》上发表了一篇文章,其中指出研究者使用稀土元素以外的材料制作出了可以发白光的 LED 产品。这个 LED 以碱金属锶为基础,搭建了金属有机框架(MOF),在 MOF 的上下分别结合了石墨烯等材料,构成了可以直接发出白光的 LED。MOF是由金属离子和有机配体通过自组装而形成的骨架材料。
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图  新型白LED结构图
在早期的研究过程中,可以发出白光的 MOF 基本是由不同种稀土元素复合在一起。为了解决以上问题,应改用导电性能较好的元素,但同时这个元素也要能在激发下发射款频段的光。研究者换用了有机配体,使用了碱土金属锶制备 MOF 材料。
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图  LED灯
在 MOF 表面,加上了透明电极石墨烯,提高了载流子迁移率,也不会特别影响光学性能。由于石墨烯优良的导热性能,新型白光二极管的导热性能更好。
在 MOF 材料外围,研究者还组合了石墨烯、二氧化硅、氧化锌。使其在电驱动下可以发光。
17.webp.jpg 图  LED灯
测试结果表明,作为发光器件,其光线的显示范围非常接近于自然光(图中绿色点),作为半导体器件,其稳定性也较好,在测试的两个月期间,几乎没有性能下降。
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图  光谱测试图
新材料发射出的光线与自然光非常贴近,不会有强烈的蓝色光出现。由于不用遮挡其他颜色光,发光效率得以大大提升。减少了电力的消耗,温室气体的排放量也会降低。
文章来源:中关村在线

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gysml 发表于 2016-9-13 19:15:45 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享技术资料

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