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科学家发明全球首款基于荧光蛋白的白光LED

导读: 当前LED的制造工艺要么太昂贵,要么会导致LED灯寿命减短。但是白光LED仍有改善空间,佛罗里达大西洋大学(FAU)研究人员现已开发出一种新的、不寻常的制造方法:他们的LED灯大部分是由荧光蛋白制作而成。

  LED灯比普通灯泡节省高达80%的能源,寿命是节能灯的五倍左右。因此,它们越来越频繁地被当做光源来使用。然而,当前的制造工艺要么太昂贵,要么会导致LED灯寿命减短。但是白光LED仍有改善空间,佛罗里达大西洋大学(FAU)研究人员现已开发出一种新的、不寻常的制造方法:他们的LED灯大部分是由荧光蛋白制作而成。

科学家发明全球首款基于荧光蛋白的白光LED

  凝胶状网络主要由浓缩水蛋白溶液和高分子化合物构成(图片来自Michael Weber)

  LED灯是我们日常生活的重要组成部分,无论是在家里、路灯,还是交通信号灯和显示屏。它们有很多优点,如使用寿命长、 高效节能、 环保等。然而,制造白光LED是极其复杂的。

  发现完美结合

  目前的研究主要有两种方式,未来都可以用来制造白光LED。但它们各有其不足之处。第一种方法,磷或稀土元素等无机材料的薄层被应用于蓝光LED。这种方法制造的LED灯使用寿命长,拥有最佳强度的发光。然而,由于使用了稀土元素且制造过程复杂,导致生产成本极高,是不可持续的。另一种方法是使用有机发光二极管(LED),让几种有机半导体层被夹在两个电极之间。与无机材料相比,这种LED灯性能较低、寿命较短。因此,最佳的解决方案就是将这两种方法结合起来,各取其长。

  FAU研究人员现已成功发现这种结合--将嵌入橡胶类材料的荧光蛋白应用于LED中。来自FAU先进材料集群(EAM)的Rubén D. Costa博士和他的同事Uwe Sonnewald博士共同研究这项发明。

  凝胶床上的蛋白质

  Rubén D. Costa博士解释道,荧光蛋白结合所需要的元素。它们非常环保,且制造成本低。此外,蛋白质允许颜色设置--彩色或白色--都很容易控制。然而,有一个障碍就是:蛋白质只在含水缓冲溶液中才能保持稳定,这就意味着使用标准的涂层工艺流程是不大可能的。研究人员强调,还必须确保蛋白质在各种环境条件下稳定工作,比如较高温度或湿度条件下。

  他们的解决方案是开发一种新的涂层技术。凝胶中内嵌式的蛋白质由浓缩水蛋白溶液和一种高分子化合物构成。这种高分子结合水蛋白溶液,从而形成一种凝胶状网络,同时确保保留必要的水分。然后,将这种凝胶置于真空中干燥,把它变成一种类似橡胶的材料,这样即可适用于多层涂层的发光二极管并保护蛋白质不受外部因素的影响。

  Rubén D. Costa博士兴奋地解释道:“使用这种方法,我们可以采用一种既环保又廉价的制造工艺来做出持久、高效的白光LED。这是未来LED发展的一大创举。”

  出色的研究

  FAU先进材料集群大约有200名研究人员正在开发新材料。九大学科的研究人员正在研究90多个项目每个阶段的过程链,从基本分子到成品材料。这九大学科包括应用数学、化学和生物工程、化学、电气工程、计算机科学、医学、机械工程、物理学和材料科学。

  FAU于2010年建立EFI(Emerging Fields Initiative),旨在于早期阶段确定优秀的跨学科研究项目,给他们提供非官僚主义的资金支持。经过前两轮的应用之后,到目前为止共有18个EFI项目获得共计1200万欧元的资金资助。(Shirley译)

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