60C发光材料的奥秘

在深入研究“布基球”这种足球状分子的过程中,科学家发现,当60C分子和多孔材料结合时,还具有发光的性能。1993年英国曼彻斯特大学科学技术学院的化学家戴维·利领导的一个科研小组,在把布基球放在一种名叫VP1—5的多孔材料中,并用激光照射时结果使含布基球的多孔材料发出了霓虹般的彩色。这种多孔材料和6C分子组成的复合材料,有可能用于制造发射各种频率的激光器和平面投影显示屏。

用激光照射多孔材料和60C就能发出彩色光,其中的奥秘目前还解释不清。但戴维·利真正感兴趣的不是用激光来使60C发光(这叫光致发光),而是用电来使60C和多孔材料发光这叫电致发光。因为只有电致发光材料才有大的商业价值。现在,戴维·利决定设法改变60C分子的光学性能。要做到这一点,只有将60C分子限制在很小的尺度范围内,例如限制在薄膜内。

为什么这样就能改变光学性能呢?因为现在知道半导体的光学性能和它的形状有极大关系。比如,块状的多孔硅可以制出发近红外线光的半导体器件,而片状的多孔硅可以制出发绿光的半导体器件,带状或线状的多孔硅能发蓝绿光,而所谓的量子点多孔硅则发蓝光。

因此,戴维·利就想，如果把60C分子密封在一种多孔的矿物沸石的一维孔道(或叫链条式孔道)内,60C分子就可能像多孔硅一样改变光学性能,也会发出不同色彩的光束。但沸石中的微孔的直径极小,还不到1纳米(即110米)而布基球的直径大约为1纳米。于是，他决定用另一种叫VP1-5的微孔材料代替沸石来捕获布基球分子,因为这种材料中的微孔的直径约为1.25纳米。

这样做的方法是:先将纯布基球溶解在一种叫苯的化合物中,然后在50 的温度下将微孔材料VP1-5放人其中,搅拌一整夜之后,溶解在苯中的60C分子就渗进到了VP1-5这种多孔材料的微孔中。最后再用苯洗涤已渗入60C分子的VP1-5材料，以保证在VP1-5的表面没有粘附60C分子。

经过这些处理之后,戴维·利开始做发光试验。每次试验都用485纳米的蓝色激光照射,结果发现,除纯粹的 VP15多孔材料不发光外,凡渗入有60C分子的VP1-5多孔材料都能发光,而且可发出很强的光。即使用功率微弱的激光照射,在并不黑暗的房间里也能看到这种光亮。这种复合材料发出的光和单独的60C发出的较弱的光大不相同。含60C的VP1-5多孔复合材料的光谱几乎完全是可见光，因而这样的材料可以作为一种光源实际应用。为此,他们申请了专利,专利名称为:富勒氏分子,一种光源材料。

制造60C发光材料的研究仅仅是开始,要得到不同色彩的发光材料还有许多工作要做,尤其是制造出电致发光的彩色发光材料要走更长的路。但一旦研究有所突破,其意义是非常重大的。

LED的光是怎么发出的？

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发光原理

从物理学角度来理解：当电流通过晶片时，N型半导体内的电子与P型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子，以光子的形式发出能量（即大家看见的光）。

发光二极管

LED也被称之为发光二极管，它的体积极小并且很脆弱，不方便于直接使用。于是设计者就为它添加了一个保护外壳并将它封存在内，这样就构成了易于使用的LED灯珠。

将许多LED灯珠拼连在一起后，就可以构成各种各样的LED灯。

灯杯型的LED灯

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不同颜色的LED灯

不同材料的半导体会产生不同颜色的光色，如红光、绿光、蓝光等等。但是，到目前为止还没有任何一种半导体材料能发出白色的光。

可我们平时使用的白色LED灯珠又是怎么产生的呢？

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白光LED灯的产生

这里就需要提到一位诺贝尔奖获得者——中村修二博士。他发明出了蓝光LED，由此也为白光LED奠定了一定的基础。基于这项重大的贡献在2014年授予他诺贝尔物理学奖。

中村修二（Shuji Nakamur）

至于蓝光LED是如何转变为白光LED，最大的原因在于晶片中多了一层荧光粉。

这幅图中不仅出现了上文所述的N型半导体层、P型半导体层、放光层，还多了一层“荧光粉涂层”。

基本的发光原理并没有太大的变化：在两层半导体之间，电子和与空穴碰撞复合并于发光层产生了蓝色的光子。

所产生的蓝光有一部分会直接穿过荧光涂层直接发射出去剩下的一部分会打在荧光涂层上并与之作用产生黄色光子。蓝色光子与黄色光子共同作用（混合）就产生了白光。

上图是一个LED的光谱曲线：可以看到蓝光峰值位于波长450纳米处，而之后稍微低矮一点的峰值是由荧光粉吸收蓝光后所产生的黄光的峰值。

如果蓝光的占比多一点，则产生高色温的白光相反，如果黄光占比多一点，则产生色温较低的白光。

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