LED های آبی برنده جایزه نوبل فیزیک 2014
از سال 1901، آکادمی سلطنتی علوم سوئد با دریافت جایزه نوبل، سهم قابل توجهی را در زمینه فیزیک به رسمیت شناخته است. جایزه نوبل فیزیک امسال به تیمی از دانشمندان ژاپنی و ایالات متحده اهدا شد تا از کار آنها در توسعه دیودهای ساطع کننده نور آبی (LED) تقدیر شود. بیایید نگاهی دقیق تر به تحقیقات خلاقانه پشت این فناوری نورپردازی بیندازیم.
با برندگان جایزه نوبل فیزیک 2014 آشنا شوید
برندگان امسال – ایسامو آکاساکی از دانشگاه مایجو در ناگویا، ژاپن؛ هیروشی آمانو از دانشگاه ناگویا در ژاپن؛ و شوکی ناکامورا از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا – به فهرستی از 196 برنده برجسته فیزیک که جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرده اند، پیوستند . در اوایل دهه 1990، این محققان با موفقیت اولین LED های آبی را توسعه دادند، فناوری که مدت هاست چالشی برای محققان و صنایع ایجاد کرده بود.
مانع اصلی یافتن مواد مناسب برای استفاده بود. یک LED از مواد نیمه هادی لایه ای تشکیل شده است که در آن الکترون ها برای ایجاد روشنایی حرکت می کنند . شکاف باند انرژی نیمه هادی رنگ نور ساطع شده را تعیین می کند. در حالی که آرسنید گالیوم در تولید LED های قرمز و سبز استفاده می شد، این ماده در ایجاد نور آبی ناکارآمد بود.
چرا؟ نور آبی برای تولید به شکاف انرژی بسیار بالایی نیاز دارد.
رنگ چراغ LED به فاصله باند انرژی نیمه هادی بستگی دارد. («RGB-LED» توسط PiccoloNamek. دارای مجوز Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 از طریق Wikimedia Commons ).
دانشمندان راه حلی برای این مسئله در یک ماده نیمه هادی با شکاف پهن به نام نیترید گالیوم پیدا کردند . در سال 1986، آکاساکی و آمانو با موفقیت کریستالهای بزرگی از ترکیب را روی داربستی که با لایهای از نیترید آلومینیوم روی یک بستر یاقوت کبود طراحی شده بود، رشد دادند. ناکامورا در توسعه LED آبی رنگ خود، دما را برای تقویت رشد کریستالها تغییر داد، با اولین لایه نیترید گالیوم در دمای پایین و لایههای اضافی در دماهای بالا رشد کرد.
در دستگاه های LED، یک لایه فعال بین یک لایه n ، یک لایه با الکترون بیش از حد، و یک لایه p ، یک لایه با کمبود الکترون قرار دارد . هنگامی که یک جریان اعمال می شود، الکترون های بار در لایه فعال به هم می رسند و نور آبی تولید می کنند. در تحقیقات خود، آکاساکی و آمانو به طور تصادفی به این واقعیت پی بردند که با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی برای عکس برداری از مواد، کیفیت لایه p بهبود می یابد. به نظر می رسد که الکترون ها توانسته اند هیدروژن را از لایه p که باعث انسداد شده بود را حذف کنند. ناکامورا بر اساس این یافته اولیه ساخته شد و تشخیص داد که حرارت دادن مواد باعث افزایش کیفیت لایه p شده و منجر به یک LED آبی روشن تر و کارآمدتر می شود.
LED های آبی: اختراعی با استفاده گسترده
با ظهور LED های آبی، پتانسیل بازدهی بیشتر در نورپردازی به وجود آمد.
ترکیبی از LED های قرمز، سبز و آبی امکان تولید لامپ های LED سفید را فراهم می کند که برای روشن کردن تعدادی از خانه ها و ادارات و همچنین صفحه نمایش تلویزیون، کامپیوتر و تلفن همراه ما استفاده می شود. این لامپها نسبت به لامپهای رشتهای سنتی که در آنها نور با گرم کردن یک رشته سیم با جریان الکتریکی عبوری از آن ایجاد میشود، مزیتی ارائه میدهند. لامپهای LED علاوه بر طول عمر بیشتر، گرمای کمتری را هدر میدهند و به ولتاژ کمتری نسبت به لامپهای رشتهای نیاز دارند که به کاهش هزینههای برق و کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکند.
به دلیل سطح پایین انرژی مورد نیاز برای راه اندازی چراغ های LED، این فناوری همچنین پتانسیلی را برای کمک به افرادی که در مناطق خارج از شبکه برق زندگی می کنند، ارائه می دهد. کارایی LED ها می تواند آنها را به منبعی در جهان در حال توسعه تبدیل کند و انرژی خورشیدی را برای خانه ها و ساختمان ها تولید کند.
یک LED آبی پایان سکوی قطار را نشان می دهد. (“چراغ هشدار LED آبی مترو شنژن بین قطارها و سکو” توسط Zhengruiw02 — اثر شخصی. دارای مجوز Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 از طریق Wikimedia Commons ).
تحلیل مدیریت حرارتی در روشنایی LED
یک حوزه مهم تحقیق در روشنایی LED مدیریت حرارتی است. سینک های حرارتی اغلب در لامپ های LED به عنوان وسیله ای برای جذب گرما از خود نور و پخش آن در هوا استفاده می شود.
در پست قبلی وبلاگ ، کار Veryst Engineering را در شبیهسازی طرحهای نورپردازی LED و تنشهای حرارتی که ناشی از هندسههای پیچیده و دماهای بالا هستند، برجسته کردیم. با استفاده از COMSOL Multiphysics و ماژول ردیابی ذرات، تیم توانست دمای داخل و اطراف لامپ را نشان دهد. در حالی که هیت سینک به دفع بخشی از گرما کمک می کرد، سرعت جریان کم در مجاورت اطراف لامپ نشان می دهد که می توان اقدامات بیشتری برای بهینه سازی طراحی انجام داد. مدلسازی و شبیهسازی برای افزایش سرعت جریان در اطراف لامپ، با استفاده از همرفت طبیعی در دور کردن گرما از نور واقعی استفاده شد.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هیوستون در تگزاس نیز استفاده از مدیریت حرارتی در سیستم های روشنایی LED را بررسی کردند . همانطور که در این مطالعه اشاره شد، کاربردهای روشنایی LED سینک حرارتی به موادی نیاز دارند که از نظر حرارتی رسانا باشند اما از نظر الکتریکی عایق باشند. برای رفع این نیاز، تیم پلیمرها را با مخلوط کردن آنها با نانوذرات فلزی تغییر داد. این ترکیب اجازه می دهد تا سطح ذره تغییر کند در حالی که هنوز خواص حجیم خود را حفظ کرده است. نتایج آنها نشان داد که این پوسته های مهندسی شده با هسته به طور موثر گرما را در منبع نور مدیریت می کنند در حالی که خواص دی الکتریک پلیمر را افزایش می دهند.
بیشتر خواندن
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید