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我们才刚刚开始一场新的照明革命——世界正在慢慢地从上个世纪的能源消耗大户转向高效的发光二极管(led)。

但是制造一种能产生温暖白光的LED灯泡的目标仍然是激烈研究的主题。事实证明，制造出能够发出广谱波长的模拟自然光的材料是一件棘手的事情。

当电子通过半导体与失去电子的原子相遇时，led就会发光。当它们相遇时，电子下降到一个较低的能级并释放光子。一种被称为荧光粉的添加剂，当LED的辐射照射到荧光粉上时，荧光粉就会发光，通常会增强这种光。

led原本只能输出微弱的指示灯和显示器，但由于耗能少、寿命长、输出热量低、亮度低，它已经在下一代照明的竞争中走在了前列。

led比白炽灯和荧光灯更节能，它可以产生多种颜色。随着技术的进步，工程师们开始制造可以产生不同颜色、温度和瓦特数的复合灯泡。

两项最近在led基础技术上的进步正在加入竞争对手的行列，他们正在努力使光线更像太阳。

开发发光光谱更广的材料

来自橡树岭、阿贡国家实验室和佐治亚大学的科学家们正在合作开发一种新的荧光粉，这种荧光粉可以在更广的电磁光谱范围内发光。

“很难找到一种磷光体，可以制造出复制太阳所需的多种颜色，”他说约翰布代伊他是橡树岭大学(Oak Ridge)的材料科学家。“产生暖白光的一种方法是用LED发出的紫外线照射混合的荧光粉来激发白光所需的多种颜色。”

他们正在生长和测试由氧化铕和氧化铝粉末组成的纳米晶体。他们说，铕是一种具有特殊磷光性质的稀土元素。布达伊说:“这些化合物的神奇之处在于，它们可以发出多种颜色的光，有些是橙色、紫色、绿色或黄色。在一份关于他们工作的新闻稿中。下一个问题变成了:为什么它们有不同的颜色?事实证明，原子结构是非常不同的。”

他们利用x射线来了解磷光材料不同的晶体结构中原子的排列方式。一旦他们弄清楚改变晶体生长条件如何改变发射的颜色，他们希望创造接近自然光的照明。

他们关于铕和铝荧光粉的研究成果发表在最近一期的《自然》杂志上《先进功能材料》杂志。

寻找沙子来降低成本

从华盛顿大学(University of Washington)的研究中分离出来的一家公司也在开发能产生更多自然光的led。LumiSands此外，该公司还在研究新照明系统的另一个问题:LED灯泡的成本更高。

led比早期灯泡贵的一个重要原因是，它们需要稀土元素来制造荧光粉，比如橡树岭研究所使用的铕。相反，LumiSands表示，他们正在使用从沙子中提取的硅作为荧光粉，将一些标准led发出的蓝光转换成绿色、红色和黄色。

该公司的工艺是将硅片切成纳米大小的颗粒，当颗粒足够小时就会发出红色的光。当这些粒子被用来掺杂LED的半导体时，灯的颜色轮廓会变成更温暖、更柔和的色调。他们仍在开发不同的荧光粉，希望很快就能创造出一种能产生白光的混合物。

LumiSands的联合创始人、华盛顿大学电气工程博士生Ji Hoo说:“生产商可以用我们的材料替代传统的稀土元素，只需要增加很少的步骤。”在一次大学发布会上说。“它将为用户提供更便宜、更优质的照明。”

上图:橡树岭国家实验室的科学家们正在利用x射线衍射分析来更好地理解微小的晶体，这些晶体可以用于暖白色的发光二极管。图片由ORNL。