照亮21世紀:藍光LED為何能獲得今年諾貝爾獎
作 者:陽敏 晨風(fēng) 來 源:新浪科技發(fā)表日期:2014-10-08
10月7日下午,瑞典皇家科學(xué)院宣布,將2014年諾貝爾物理學(xué)獎聯(lián)合授予日本科學(xué)家的赤崎勇(Isamu Akasaki),天野浩(Hiroshi Amano )以及美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的美籍日裔科學(xué)家中村修二(Shuji Nakamura ),以表彰他們在發(fā)明一種新型高效節(jié)能光源方面的貢獻,即藍色發(fā)光二極管(LED),為能源節(jié)省開拓了新空間。
英國劍橋大學(xué)教授科林·漢弗瑞爵士(Sir Colin Humphreys)指出:“這是一項巨大的成就,赤崎勇,天野浩和中村修二當(dāng)之無愧。他們發(fā)明的藍光LED技術(shù)為研發(fā)明亮而節(jié)能的燈具,更高效的照明技術(shù)鋪平了道路。”
將新開發(fā)的藍光LED光源與已有的紅光與綠光LED光源結(jié)合,人們終于可以通過三原色原理產(chǎn)生更加自然和實用的白光照明光源。這三位獲獎人將共同分享800萬瑞典克朗(約合120萬美元)的獎金。他們也因此與該獎項自1901年頒發(fā)以來獲獎的共196名德高望重的學(xué)者一同被銘記在那長長的榜單之上。
赤崎勇現(xiàn)年85歲,1964年獲名古屋大學(xué)博士學(xué)位,1981年起任名古屋大學(xué)教授,現(xiàn)為日本名城大學(xué)終身教授、名古屋大學(xué)特聘教授。54歲的天野浩與赤崎勇是師生關(guān)系,現(xiàn)為日本名城大學(xué)教授。
赤崎勇和天野浩在氮化鎵研究中,首次實現(xiàn)了氮化鎵的PN結(jié),為利用氮化鎵材料制造藍色發(fā)光二極管奠定了基礎(chǔ)。2009年11月10日,赤崎勇獲得2009年度京都獎尖端技術(shù)領(lǐng)域的獎項。京都獎自1985年始設(shè)立,面向尖端技術(shù)、基礎(chǔ)科學(xué)、思想和藝術(shù)3大領(lǐng)域,其得主中后有數(shù)位又將諾貝爾獎收入囊中。
60歲的中村修二為藍光二極管和青紫光二極管的發(fā)明者,被稱為“藍光之父”。被告知獲獎的消息時,正在日本的中村修二教授還在睡覺,他對記者表示:“這簡直難以置信。”
中村修二于1979年獲德島大學(xué)電子工程碩士學(xué)位,并于同年加入日亞化學(xué)。他于1993年發(fā)明藍光二極管,1997年開發(fā)出青紫光二極管,1999年離開日亞公司,其后任教于美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校。中村修二與日亞公司后因?qū)@麊栴}發(fā)生訴訟糾紛,空日持久的官司也讓他廣為人知。
在中村修二研制成功突破性的藍光LED技術(shù)之后,日亞化學(xué)剝奪了他的專利權(quán),因為根據(jù)日本傳統(tǒng),員工必須為公司犧牲一切,對公司而言,科學(xué)家和工程師就跟普通的員工沒有什么兩樣,因此也根本不可能跟他們簽訂類似美國公司中那種規(guī)定個人科研成果的利益分成協(xié)議。
當(dāng)時日亞化學(xué)公司付給中村修二有關(guān)他發(fā)明藍光LED的獎金僅有區(qū)區(qū)2萬日元,按照當(dāng)時的匯率約為200美元。于是在2001年,憤怒的中村修二將自己的雇主告上法庭,雙方對薄公堂。最終法院裁決日亞化學(xué)公司應(yīng)當(dāng)支付給中村修二200億日元,按照當(dāng)時匯率約合2億美元的費用。這一巨大的金額震驚了當(dāng)時的日本社會,但法院認為這一判決是相當(dāng)公正的,因為他們評估后認為中村修二的發(fā)明成果至少價值600億日元,約合5.8億美元。
但當(dāng)事方日亞化學(xué)公司不服裁決并向高等法院提起上訴,最終歷經(jīng)4年漫長而痛苦的拉鋸戰(zhàn),高等法院最終裁定日亞化學(xué)公司償付中村修二8.4億日元,按當(dāng)時匯率約折合810萬美元的費用。中村修二無奈接受了這一結(jié)果。
華燦光電股份有限公司總裁劉榕博士告訴記者,他2003年在美國亞利桑那州立大學(xué)讀博士的時候,與日本名城大學(xué)的天野浩教授有過項目上的合作,開發(fā)一種紫外光的LED。“他人很好,很愿意幫助別人,相互交流也沒什么保留,對自己的研究非常投入,做了幾十年。”
在劉榕看來,天野浩和赤崎勇兩人最重要的工作,就是在1990年前后,發(fā)現(xiàn)了P型摻雜氮化鎵材料,解決了藍光LED的P極材料的導(dǎo)電問題,否則藍色的LED做不出來。中村修二過去是做熒光粉的日亞公司的工程師,1992年左右,在赤崎勇和天野浩的結(jié)果出來后,用更簡便的方法實現(xiàn)了P型摻雜,后來應(yīng)邀去美國做教授。
現(xiàn)在天野浩教授仍然在做紫外LED的研究。劉榕博士說,現(xiàn)在照明上的科學(xué)問題已經(jīng)基本上解決了,只是工程上的改進,紫外LED的效率還要提高,因為從藍光到深紫外光,要求材料中的氮化鋁比例越來越高,這使得P型材料導(dǎo)電性越來越差,器件的效率難以提高。高效的紫外光LED技術(shù)將對便捷安全的細菌消殺設(shè)備提供重要的基礎(chǔ)。
LED研發(fā)的歷史已經(jīng)很長,紅光二極管最早誕生于20世紀70年代。其后,黃光二極管也迅速面世。然而,藍光二極管的研發(fā)卻困難重重,這曾被認為是二十世紀不可能完成的任務(wù)。
而藍光LED的出現(xiàn),正在改變照明工業(yè)的歷史。劉榕介紹,藍光LED既節(jié)電又環(huán)保,耗電量比常規(guī)的白熾燈節(jié)省90%,比熒光燈節(jié)省30-40%,而且不含汞,是綠色環(huán)保的理想新光源。
諾貝爾獎委員會主席,瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的皮爾·德爾辛教授(Per Delsing)介紹了此次獲獎人成果的來之不易,他說:“有趣的是,很多大公司此前都曾嘗試做這件事,但他們都失敗了。但這幾個人就是堅持著不肯放棄,他們一次又一次的實驗,并最終取得了成功。”
現(xiàn)在,采用藍光LED技術(shù)的產(chǎn)品進入了全世界的千家萬戶,它為你照明,它存在于你的相機和手機里。在全世界各地的辦公室和家庭,白色燈光照亮了屋子,而它們所耗費的能源則要比白熾燈和日關(guān)燈小得多。在頒獎詞中,諾貝爾獎委員會寫道:“白熾燈照亮20世紀,而LED燈將照亮21世紀。”
由于全世界有1/4的電力被用于照明用途,更加節(jié)能高效的燈具在全球壓縮二氧化碳排放的大背景下將具有愈發(fā)重要的意義。LED燈還將幫助全球超過15億人告別沒有照明的時代,LED燈更低的能耗將讓采用當(dāng)?shù)靥柲苄⌒碗娬倦娏崿F(xiàn)照明成為可能。
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