纳米级3D打印有助于揭示萤火虫秘密以提高LED效率
宾夕法尼亚州立大学的科学家创造了一种新型的发光二极管(LED)灯泡,可以改变我们照亮家庭的方式。新型LED的设计模仿了萤火虫在自然界中使用的结构,可以在降低电费的同时提高效率。
   “LED灯泡在清洁能源中起着关键作用。”电气工程教授Stuart(Shizhuo)Yin表示。 “目前整体商用LED效率仅为50%左右。其中一个主要问题是如何提高所谓的LED光提取效率。我们的研究重点是如何从LED中获取光线。”萤火虫和LED在释放它们产生的光时面临类似的问题,因为光可以向后反射并丢失。 LED的一种解决方案是用微观投影对表面进行纹理化,称为微结构,允许更多光线逃逸。虽然LED灯上的微结构是对称的,但萤火虫灯上的微结构却不对称。研究人员注意到萤火虫灯笼上的微结构是不对称的 ,两侧以不同的角度倾斜,呈现出不平衡的外观。
   “我注意到萤火虫不仅在灯笼上有这些不对称的微结构,而且还发现一种发光的蟑螂在其发光点上也有类似的结构,”陈长江说,电气工程博士生和第一作者研究。 “这是我试图深入研究使用不对称结构的光提取效率的地方。”
   利用不对称金字塔创建微结构表面,该团队发现它们可以将光提取效率提高到90%左右。科学家们认为,不对称微观结构可以通过两种方式增加光提取。首先,不对称金字塔的较大表面积允许光与表面的较大相互作用,从而捕获较少的光。其次,金字塔上不同大小的斜坡增加了反射的随机化效果,并且光有第二次逃逸的机会。
   为了通过实验证明这一点,研究人员使用纳米级3D打印来创建对称和不对称表面并测量发出的光量。正如所料,不对称表面允许释放更多光。研究人员认为,有很大的空间可以进一步提高光提取效率,他们的方法可以很容易地应用于LED的商业制造。
   研究人员已就此研究申请了专利。 “一旦我们获得专利,我们正在考虑与该领域的制造商合作,将这项技术商业化,”Yin说。