约翰内斯堡大学
安全照明革命中席卷而来的LED灯泡
但是许多人仍然冒着家里着火的风险，因为灯泡的制造成本很高
UJ物理研究人员发现，他们可以获得普通发光材料两倍的光强度
如果这种材料获得成功，每个人的电费可能会低得多
信用:约翰内斯堡大学特蕾莎·范怀克根据皮克斯拜图像绘制的图片
灯泡是火和蜡烛的重大升级
在非洲，由于用于取暖和照明的火灾，非正规住区的房屋每年都会被烧毁
所以带灯丝的电灯泡给家庭和工作带来了一场革命
尽管如此，所有这些选项都太热门了，不能随便处理
它们也会释放出大量的热量，并以玫瑰色的色调照亮周围的一切
换句话说，有利于浪漫和气氛，但不利于低照明账单
然后荧光照明出现了，使用更少的能源
这些是脆弱的，容易闪烁，并含有有毒的汞蒸汽
在家冒着火灾 如今，中产阶级家庭可以使用发光二极管灯泡
灯泡将照明费用降低到其他选择所需费用的一小部分
它们的寿命也要长很多倍
LED灯泡可以是舒适的“暖白色”灯，也可以是办公室的“冷白色”
LED灯泡不会发热，也不容易损坏
它们的光可以聚焦，所以只点亮需要的东西很容易
目前的发光二极管灯泡是那些有财力不断更换它们，并支付不断上涨的电费的人的理想选择
在停电或野营旅行期间，发光二极管在电池供电的灯笼中也能很好地工作
这仍然使得全球范围内的大量家庭和企业容易受到照明不足的影响，或者冒着家里着火的风险点蜡烛看看他们在做什么，或者学习
但是，如果一个发光二极管灯泡可以是成本的一小部分，并且使用时间更长，那么更多的人就可以获得安全的照明
强度加倍 “我们正在努力使发光二极管中的发光材料发光更亮、持续时间更长，”奥迪瑞朗·马丁·恩特瓦奥瓦教授说
他在UJ约翰内斯堡大学物理系工作
“这种材料必须具有化学稳定性，才能制造出经久耐用的装置
随着时间的推移，它应该不会降解太多
它的使用寿命应该至少是现有材料的两倍，并且是高能效的
它需要超越目前市场上的产品，”他补充道
在《发光杂志》上发表的一篇文章中，Ntwaeaborwa和其他人展示了在安全的发光材料中加入一种普通的化合物是如何产生更明亮的光的
他们在掺杂了稀土铈的氧化锌中加入了硫酸盐
在基于实验室的研究中，他们用激光照射化合物，使其发光
“当我们在掺铈的氧化锌中加入硫酸盐时，发射光的强度增加了一倍
Ntwaeaborwa说:“如果这种材料将来用于电子设备，它们的寿命也会更长。”
更好光的物理学 全世界都在研究氧化锌，因为它已经被用于许多电子设备，马查巴·莱特斯瓦洛先生说，他为获得博士学位进行了实验室实验
D
“掺杂铈的氧化锌发出的光强度很低
加入硫酸盐会增加强度
换句话说，这种材料在相同的激光激发下会发出更亮的光，”他补充道
硫酸盐有助于化合物更好地吸收激光的主要激发，并将这种激发转移到化合物的光中心
" UJ物理研究人员发现，他们可以获得普通发光材料两倍的光强度
如果这种材料获得成功，每个人的电费可能会低得多
这项研究发表在《发光》杂志上
org/10
1016/j
jlumin
2021
118462
信用:视频由约翰内斯堡大学的特蕾莎·范怀克
约翰内斯堡大学马查巴·莱特斯瓦洛先生的发光材料视频剪辑
搜索中的颜色边缘 Ntwaeaborwa说，这项研究中的发光材料还没有工业上使用的材料“发光”
“与商用LED灯泡相比，这项研究中的发光材料距离达到相同的光强和耐用性还有很长的路要走
加入硫酸盐后的强度大约是市售材料的一半
“然而，这种材料是未来用于商业发光二极管照明应用的有前途的候选材料，”他说
红绿蓝大满贯 铈掺杂的氧化锌是如此有吸引力的候选物，因为当激光照射到它上面时会发生非常不寻常的事情
“这种材料可以发射不同颜色的光，这取决于用于获得光发射的激发，”博士说
来自UJ的合著者巴拉克里希纳·阿维拉
使用一种能源，这种材料可以被“激发”发出红色、蓝色或绿色的光
这个性质叫做色度
他说，这是寻找廉价发光二极管照明的唯一最重要的资产
“当我们加入硫酸盐时，使用相同的激光激发，我们从材料中获得的红色、蓝色和绿色光的强度加倍，”他补充道
三位一体削减成本 更罕见的是，铈掺杂的氧化锌可以在发光二极管领域实现“大满贯”
这种材料可以发射白光，使用相同的激光源使其发射红光、绿光或蓝光
这使得它成为寻找下一个伟大的发光二极管的候选对象
在这项研究中，向铈掺杂的氧化锌中加入硫酸盐也导致发射的白光强度加倍
“LED灯泡很贵，因为我们需要在一个灯泡中安装三个LED才能获得白光
我们需要红色、绿色和蓝色
三者同时发光产生白光
这意味着使用更多材料的更复杂的灯泡设计，”Ntwaeaborwa说
他补充说:“如果只能使用一个制造白光的LED，那么制造起来将更具成本效益，LED灯泡也可以便宜得多。”
实验室里没有火 Letswalo说，在实验室测试发光材料可能会带来令人不快的惊喜
“如果你还不知道一种化合物的基本性质，以及它对激光或电的反应，它会变热甚至爆炸
所以，在探索新材料时，你必须采取预防措施
他补充说，一旦理解了基础科学，将研究转入技术阶段就变得可行
" 随着时间的推移，氧化锌和硫酸盐都不会熔化、着火、爆炸或降解
它们也不容易折断
两者都易于在实验室制备，安全、无毒，并且使用经济
它们对环境友好，不太可能在储存、制造或填埋过程中产生问题
下一步是直接测量发射光的亮度，并将亮度提高到超过目前用于LED灯泡的材料的亮度
“当在白光灯泡中使用单个发光二极管时，发光二极管的亮度必须至少是现在使用的发光二极管的两倍
幸运的是，物理学告诉我们，一种更亮的物质也将持续更长的时间，”Ntwaeaborwa说
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