科學家發明全球首款基于熒光蛋白的白光LED
摘要: LED燈比普通燈泡節省高達80%的能源,壽命是節能燈的五倍左右。因此,它們越來越頻繁地被當做光源來使用。然而,當前的制造工藝要么太昂貴,要么會導致LED燈壽命減短。LED燈是我們日常生活的重要組成部分,無論是在家里、路燈,還是交通信號燈和顯示屏。它們有很多優點,如使用壽命長、 高效節能、 環保等。
LED燈比普通燈泡節省高達80%的能源,壽命是節能燈的五倍左右。因此,它們越來越頻繁地被當做光源來使用。然而,當前的制造工藝要么太昂貴,要么會導致LED燈壽命減短。但是白光LED仍有改善空間,佛羅里達大西洋大學(FAU)研究人員現已開發出一種新的、不尋常的制造方法:他們的LED燈大部分是由熒光蛋白制作而成。
LED燈是我們日常生活的重要組成部分,無論是在家里、路燈,還是交通信號燈和顯示屏。它們有很多優點,如使用壽命長、 高效節能、 環保等。然而,制造白光LED是極其復雜的。
發現完美結合
目前的研究主要有兩種方式,未來都可以用來制造白光LED。但它們各有其不足之處。第一種方法,磷或稀土元素等無機材料的薄層被應用于藍光LED。這種方法制造的LED燈使用壽命長,擁有最佳強度的發光。然而,由于使用了稀土元素且制造過程復雜,導致生產成本極高,是不可持續的。另一種方法是使用有機發光二極管(LED),讓幾種有機半導體層被夾在兩個電極之間。與無機材料相比,這種LED燈性能較低、壽命較短。因此,最佳的解決方案就是將這兩種方法結合起來,各取其長。
FAU研究人員現已成功發現這種結合--將嵌入橡膠類材料的熒光蛋白應用于LED中。來自FAU先進材料集群(EAM)的Rubén D. Costa博士和他的同事Uwe Sonnewald博士共同研究這項發明。
凝膠床上的蛋白質
Rubén D. Costa博士解釋道,熒光蛋白結合所需要的元素。它們非常環保,且制造成本低。此外,蛋白質允許顏色設置--彩色或白色--都很容易控制。然而,有一個障礙就是:蛋白質只在含水緩沖溶液中才能保持穩定,這就意味著使用標準的涂層工藝流程是不大可能的。研究人員強調,還必須確保蛋白質在各種環境條件下穩定工作,比如較高溫度或濕度條件下。
他們的解決方案是開發一種新的涂層技術。凝膠中內嵌式的蛋白質由濃縮水蛋白溶液和一種高分子化合物構成。這種高分子結合水蛋白溶液,從而形成一種凝膠狀網絡,同時確保保留必要的水分。然后,將這種凝膠置于真空中干燥,把它變成一種類似橡膠的材料,這樣即可適用于多層涂層的發光二極管并保護蛋白質不受外部因素的影響。
Rubén D. Costa博士興奮地解釋道:“使用這種方法,我們可以采用一種既環保又廉價的制造工藝來做出持久、高效的白光LED。這是未來LED發展的一大創舉。”
出色的研究
FAU先進材料集群大約有200名研究人員正在開發新材料。九大學科的研究人員正在研究90多個項目每個階段的過程鏈,從基本分子到成品材料。這九大學科包括應用數學、化學和生物工程、化學、電氣工程、計算機科學、醫學、機械工程、物理學和材料科學。
FAU于2010年建立EFI(Emerging Fields Initiative),旨在于早期階段確定優秀的跨學科研究項目,給他們提供非官僚主義的資金支持。經過前兩輪的應用之后,到目前為止共有18個EFI項目獲得共計1200萬歐元的資金資助。
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