研究者使用新材料制作白光LED 发光效率大幅提升

在LED进入大众视野的几年过程中，技术的进步和人类需求的提高起到了绝大部分作用。即便是家用的没有损坏的传统照明，也逐渐被白光LED所取代。因为白光LED设备在功耗和照明的效果上有巨大的优势。

虽然LED产品普及到如此地步，但是仍然面临这一个巨大的问题，就是制作LED的原材料稀土元素越来越少。为了解决这个问题，研究者正在研究一种避开稀土元素制作而成的全新的LED，用石墨烯改写现在的白光LED技术。

目前的的白光LED，也称为白光二极管，其白色光主要由单晶、多晶两种方式实现。多晶的意思是由不同颜色的LED封装在一起，通过颜色互补的方式显示出白色光。而单晶的方式就比较简单了，通过单一蓝光LED和其表面黄色磷光体组成的，磷光体的黄光和蓝光LED的混合，会让视觉上有白光的效果。以上两种工艺，都无法避开使用稀土元素。

最近，台湾清华大学的研究者在《ACS Nano》上发表了一篇文章，其中指出研究者使用稀土元素以外的材料制作出了可以发白光的LED产品。这个LED以碱金属锶为基础，搭建了金属有机框架（MOF），在MOF的上下分别结合了石墨烯等材料，构成了可以直接发出白光的LED。

MOF是一种非常有前途的材料，它是由金属离子和有机材料配合形成的。在过去的20年中，广泛应用做化学分离器、药物输送、气体储存、催化等领域。而在光电领域却极难见到这个材料，因为MOF一般多孔、导电性差。

在早期的研究过程中，可以发出白光的MOF基本是由不同种稀土元素复合在一起。为了解决以上问题，应改用导电性能较好的元素，但同时这个元素也要能在激发下发射款频段的光。研究者换用了有机配体，使用了碱土金属锶制备MOF材料。

在MOF表面，加上了透明电极石墨烯，提高了载流子迁移率，也不会特别影响光学性能。由于石墨烯优良的导热性能，新型白光二极管的导热性能更好。

在MOF材料外围，研究者还组合了石墨烯、二氧化硅、氧化锌。使其在电驱动可以发光。使用MOF材料来制造发光器件，给了人们一个全新的思路。

测试结果表明，作为发光器件，其光线的显示范围非常接近于自然光（图中绿色点），作为半导体器件，其稳定性也较好，在测试的两个月期间，几乎没有性能下降。

在性能之外，这个材料的环保意义更加重要，由于新型LED没有使用稀有元素，大量减少了稀土元素的使用量，稀土元素越来越少的现在，减少使用稀土元素非常重要。同时，这也能减少开采稀土元素所造成的环境污染。

新材料发射出的光线与自然光非常贴近，不会有强烈的蓝色光出现。由于不用遮挡其他颜色光，发光效率得以大大提升。减少了电力的消耗，温室气体的排放量也会降低。

从常见的灯泡到电子设备中的液晶面板越来越多的设别开始使用LED作为光源，无论从资源的保护来讲，还是从环境的保护来讲，全新白光LED技术的出现都是极好的。

来源：创见

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