【原】日本科學(xué)家發(fā)明了一個“藍光燈泡”，結(jié)果獲得了諾貝獎，也改變了世界

2014年諾貝爾物理學(xué)獎頒給了藍光LED，就是下面這個發(fā)明：

一個散發(fā)著藍光的“小燈泡”，它的發(fā)明者是下面這三位日本科學(xué)家，他們?nèi)斯餐@得了這次諾貝物理學(xué)獎：

從左到右依次是赤崎勇、天野浩和中村修二！

很多人可能和我一樣好奇過，為什么發(fā)明這種“藍光小燈泡”也能獲得諾貝獎，他們憑什么呢？

這就要說LED到底是怎么回事了？

LED的英文全稱為Light-Emitting Diode，翻譯過來就是發(fā)光二極管，它是一種半導(dǎo)體器件，當電流通過時就會發(fā)光。

我們可以簡單了解下它是如何發(fā)光的：

即便我們沒有接觸過量子力學(xué)，我們大部分人應(yīng)該都看過類似下面張電子繞原子中心旋轉(zhuǎn)的原子模型圖，它有點像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)的模型一樣。

在這個原子模型中，電子可以位于一系列離散的軌道上，但它們不會介于兩者之間。另外，靠近原子核的電子能量較低，而距離原子核較遠的電子能量較高。

當電子從高能軌道移動到低能軌道時，它就會釋放出能量，而這個過程正是以光的形式釋放的。

您可以看著這個圖片，然后簡單地理解為，如果一個電子從外面軌道跳到了里面軌道，那么它就會發(fā)光。

而它發(fā)射光的顏色取決于新舊軌道之間的能量差（或者能隙），能量差越大，光的顏色就越接近藍，因為可見光中藍光攜帶的能量最大。

原子的這種特性也同樣適用于組成分子和固體材料的原子團，所以只要稍加調(diào)整科學(xué)家就發(fā)明了LED。

LED想要發(fā)出藍光，同樣需要有更大的能隙，以便讓電子在更大能量差的軌道間轉(zhuǎn)移，最早的LED只能實現(xiàn)較小的能隙，釋放出少量能量，所以早期的LED其實并不會發(fā)出可見光，而是發(fā)射紅外光。

到了20世紀70年代初，科學(xué)家們已經(jīng)了解通過選擇合適的半導(dǎo)體材料，以及調(diào)整其中摻雜的物質(zhì)，制造發(fā)出明亮的紅光、黃光和綠光的LED。

但是，長期以來沒有人能做出藍光，因為它需要極大的能隙，上文提到的三位科學(xué)家正是解決了這個問題，他們利用氮化銦鎵（InGaN）開發(fā)出了亮度的藍光LED。

紅光LED是在1962年出現(xiàn)的，而第一顆高效藍光LED直到1993年才出現(xiàn)，可見中間的難度有多高。

您可能發(fā)現(xiàn)了，他們獲得是諾貝爾物理學(xué)獎，這個似乎和物理發(fā)現(xiàn)沒有太大關(guān)系。

這個其實是因為藍光LED對我們生活產(chǎn)生了巨大的影響，紳士可以說是徹底改變了世界，同時每年還節(jié)省了全球大量的電力資源！

我們知道以前的各種電器的顯示器——電腦、手機、平板等等，很多都是采用RGB色彩模式。

這種電腦屏幕就是通過紅、綠、藍三種原色來實現(xiàn)全彩的，藍光LED的出現(xiàn)正好就是完成了RGB系統(tǒng)的最后一塊拼圖，它讓彩色顯示屏成為一種低成本的消費品。

另一方面，也是更關(guān)鍵的點，藍光LED的出現(xiàn)大大節(jié)約了全球能耗！

我們現(xiàn)在使用的照明設(shè)備基本都是發(fā)出白光的LED燈，這類LED燈可以說已經(jīng)完全取代了白熾燈。

而目前市面上大約80%-90%之間、甚至更高比例的LED燈都是利用藍光LED實現(xiàn)的，這類LED燈通過高能藍光去激發(fā)其表面一層黃色熒光粉，從而欺騙我們的眼睛，讓我們眼睛看起來像太陽光一樣是白光。

（說個題外話，LED燈的白光和太陽光的白光是不一樣的，太陽光是連續(xù)的全光譜，而無論哪種的形式的LED燈都只是欺騙了眼睛而已，它的光譜只有有限的部分，且并不連續(xù)，同時還會有極高的尖峰。）

LED是直接將電能轉(zhuǎn)化為光，而以前的照明工具——如白熾燈是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，再讓其發(fā)光，因此如今LED燈比以前的白熾燈更加節(jié)能。

據(jù)信，以前通過白熾燈照明的時代，全球20%的電力都用于照明，而如今這個比例已經(jīng)下降到了4%前后。

最后

白熾燈照亮了20世紀，21世紀將由LED燈照亮！而這一切都開始于這個藍光LED，因此這項發(fā)明被稱為愛迪生之后的第二次照明革命！

諾貝爾獎歷史上只有少數(shù)幾次是頒發(fā)給實用發(fā)明的，而藍光LED就是其中之一，鑒于它對人類的貢獻，它值得獲得諾貝爾獎！