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台湾科学家用新材料制白光LED 稀土元素将淡出

发布时间:2016-09-08

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。

 

  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。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。

  目前的的白光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。

最近,台湾清华大学的研究者在《ACSNano》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。

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  MOF是一种非常有前途的材料,它是由金属离子和有机材料配合形成的。在过去的20年中,广泛应用做化学分离器、药物输送、气体储存、催化等领域。而在光电领域却极难见到这个材料,因为MOF一般多孔、导电性差。

  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。

  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。使其在电驱动可以发光。使用MOF材料来制造发光器件,给了人们一个全新的思路。

  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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  在性能之外,这个材料的环保意义更加重要,由于新型LED没有使用稀有元素,大量减少了稀土元素的使用量,稀土元素越来越少的现在,减少使用稀土元素非常重要。同时,这也能减少开采稀土元素所造成的环境污染。

  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。

  从常见的灯泡到电子设备中的液晶面板越来越多的设别开始使用LED作为光源,无论从资源的保护来讲,还是从环境的保护来讲,全新白光LED技术的出现都是极好的。

(来源:华强LED)


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