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來了！2022全球十大照明新科技

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年11月26日 21:57

導(dǎo)語：在全球照明行業(yè)呈現(xiàn)百花齊放般繁華的背后，總有著一群為產(chǎn)業(yè)前沿科技變革默默奉獻(xiàn)的科技工作者。他們用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧結(jié)晶，突破了一道道此前無人逾越的技術(shù)難關(guān)，將普照世人的燈光提升至一個(gè)時(shí)代的新高度。

　　在全球照明行業(yè)呈現(xiàn)百花齊放般繁華的背后，總有著一群為產(chǎn)業(yè)前沿科技變革默默奉獻(xiàn)的科技工作者。他們用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧結(jié)晶，突破了一道道此前無人逾越的技術(shù)難關(guān)，將普照世人的燈光提升至一個(gè)時(shí)代的新高度。

　　在此，中照網(wǎng)帶來剛過去2022年的十大前沿照明科技成果，以致敬一批批為照明行業(yè)發(fā)展奮斗終身的技術(shù)前線科研人。

　　01.藍(lán)色波長比燭光要少的柔性有機(jī)LED

　　2022年5月，中國臺(tái)灣國立清華大學(xué)的Jwo-HueiJou和其他研究人員開發(fā)了一種柔性有機(jī)LED。該器件能釋放出暖白色的光，類似于蠟燭產(chǎn)生的光。

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　　研究人員在透明的云母片上沉積了一層透明的氧化銦錫薄膜作為LED的陽極，它可以彎曲5萬次而不斷裂。接下來，研究小組將發(fā)光物質(zhì)N,N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl與紅色和黃色磷光染料混合，以產(chǎn)生一個(gè)發(fā)光層。

　　然后，研究工作者們將該層置于一側(cè)為陽極、另一側(cè)為鋁層的導(dǎo)電溶液之間，形成一個(gè)靈活的有機(jī)LED。當(dāng)一個(gè)恒定的電流被施加到該設(shè)備上時(shí)，它產(chǎn)生了明亮、溫暖的光，其藍(lán)色波長的發(fā)射甚至比自然燭光還要少。

　　計(jì)算表明，暴露在LED上1.5小時(shí)將抑制一個(gè)人的褪黑激素分泌約1.6%，而來自冷白緊湊型熒光燈的光將抑制褪黑激素分泌29%。研究人員稱，他們的類似燭光的有機(jī)LED的靈活性為無藍(lán)光夜間設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了機(jī)會(huì)。

　　02.最簡單薄膜照明設(shè)備

　　2022年5月，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)和意大利都靈大學(xué)的研究人員使用廣泛的數(shù)據(jù)分析，從發(fā)出藍(lán)光和白光的銅絡(luò)合物中制造出一流的LEC。這種LEC是迄今為止最簡單和最便宜的薄膜照明設(shè)備，它們由單個(gè)活動(dòng)層組成。它們可以被用作電致發(fā)光墨水和貼紙。

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　　該研究小組成功地使用數(shù)據(jù)科學(xué)工具建立了X射線結(jié)構(gòu)與銅(l)配合物二胺和二膦配體的電子特征之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。同時(shí)，他們研究了結(jié)構(gòu)和電子參數(shù)及其相互關(guān)系，以確定器件的發(fā)射顏色、效率和發(fā)光度。經(jīng)過對(duì)各種已知方法的大量數(shù)據(jù)評(píng)估，出現(xiàn)了一種新的藍(lán)色LEC設(shè)計(jì)，與具有傳統(tǒng)發(fā)射器的設(shè)備相比，它提供了出色的性能。

　　這項(xiàng)工作成果的達(dá)成，將為簡化薄膜照明中發(fā)射體和有源層的設(shè)計(jì)指明了一條新途徑。

　　03.應(yīng)用于固態(tài)照明領(lǐng)域的白光光源

　　2022年6月，中國鄭州大學(xué)物理學(xué)院(微電子學(xué)院)的研究人員以空位有序雙鈣鈦礦Cs2ZrCl6為主體，采用簡便的離子摻雜技術(shù)在室溫下大規(guī)模合成了單組分白光發(fā)射的Cs2ZrCl6:xSb (x = 0?8%)，并成功將其應(yīng)用于固態(tài)照明領(lǐng)域。

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　　通過將具有5s2活性的Sb3+離子引入熱力學(xué)穩(wěn)定的Cs2ZrCl6主體中，其特殊的晶體場環(huán)境激發(fā)了源自Sb3+離子的單重態(tài)和三重態(tài)雙波段發(fā)射(480nm@藍(lán)光、580nm@橙光)。由于單重態(tài)和三重態(tài)之間存在有效的能量轉(zhuǎn)移通道，因此可以通過控制Sb3+離子摻雜濃度量化單重態(tài)到三重態(tài)之間的能量轉(zhuǎn)移程度，利用二者的相對(duì)強(qiáng)度變化實(shí)現(xiàn)冷暖白光可調(diào)。在1.5%的Sb3+離子摻雜濃度下，材料呈現(xiàn)出高品質(zhì)的白光發(fā)射，顯色指數(shù)高達(dá)96。

　　進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，以Cs2ZrCl6:1.5%Sb作為下轉(zhuǎn)換熒光粉，所制備的白光LED展現(xiàn)出2003小時(shí)的工作壽命。上述研究成果為了高顯色、高穩(wěn)定單組分白光發(fā)射體的設(shè)計(jì)與制備提供了新的思路。

　　04.233nm UVC-LED輻照系統(tǒng)

　　2022年9月，德國費(fèi)迪南德-布勞恩研究所、萊布尼茨研究所(FBH)宣布在當(dāng)年10月舉辦的柏林勃蘭登堡光子學(xué)日的會(huì)議和伴隨展覽中展示其233nmUVC-LED輻照系統(tǒng)。

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　　該器件可用于滅活多重耐藥病原體，包括 MRSA和冠狀病毒(如 SARS-CoV-2)，每個(gè)系統(tǒng)都配備了120個(gè)LED，發(fā)射波長為233 nm。FBH表示，由于吸收率高，UV LED光線不會(huì)穿透皮膚真皮層，因此預(yù)測其不會(huì)傷害皮膚，或者傷害程度小到皮膚自然修復(fù)機(jī)制能夠彌補(bǔ)這種影響。

　　得益于優(yōu)化的半導(dǎo)體外延和芯片工藝技術(shù)，這些最新一代的發(fā)光二極管可以在兩倍于以前的電流下工作---即在200 mA時(shí)提供超過3 mW的輸出功率。同時(shí)通過優(yōu)化的 LED 封裝實(shí)現(xiàn)高效散熱，該封裝帶有鋁反射器和平凸透鏡，光束角僅為60度，由于集成的光譜濾波器，這反過來又增加了透射率。

　　05.保護(hù)人眼的健康照明光源

　　2022年5月，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在2022年吉林省科技活動(dòng)周的云科普展示中展示了其研制的一種保護(hù)人眼的健康照明光源。

　　從2013年中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目“璀璨行動(dòng)”的支持開始算起，該光源研制項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了9年的技術(shù)迭代，相應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代，與太陽光譜的相似度大于94%，最高可達(dá)到99%。第一代技術(shù)已經(jīng)形成健康照明燈具產(chǎn)品線;第三代技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到國防相關(guān)的重要領(lǐng)域，并在向醫(yī)療健康領(lǐng)域拓展，將為人民的生命健康護(hù)航。

　　項(xiàng)目推進(jìn)過程中國，研究人員首先需要解決的是讓LED燈像太陽光譜一樣擁有赤橙黃綠青藍(lán)紫等所有的顏色，即擁有太陽一樣的色彩組成，不再用幾種顏色拼湊的白光“欺騙”眼睛。為此，他們進(jìn)行了兩項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，一種是研發(fā)適合該應(yīng)用的新型多色發(fā)光材料，二是根據(jù)太陽光譜的需求發(fā)展光譜精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。

　　研究人員還提出了一個(gè)不同于傳統(tǒng)LED的技術(shù)指標(biāo)：相似度。該指標(biāo)可以描述LED光譜同太陽光譜的相似程度，解決了目前光源評(píng)價(jià)所使用的顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)無法準(zhǔn)確描述光源健康程度的問題。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，他們又進(jìn)一步開發(fā)了治療睡眠的光照儀，相關(guān)產(chǎn)品正在吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科做測試，已初步獲得了良好的評(píng)價(jià)。

　　06.全球首款超8W深紫外LED便攜式照射機(jī)

　　2022年12月，日本的信息通信研究機(jī)構(gòu)(NICT)宣布，該機(jī)構(gòu)的未來ICT研究所室長井上振一郎的研究團(tuán)隊(duì)在全球首次成功研發(fā)出了功率超過8W的深紫外LED便攜式照射機(jī)。該照射機(jī)通過多芯片封裝發(fā)光波長在265nm波段的高強(qiáng)度深紫外LED，以電池驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了可隨身攜帶的小型便攜機(jī)，并以豬冠狀病毒確認(rèn)了該設(shè)備可迅速滅活大范圍病毒。

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　　NICT利用該小型便攜式照射機(jī)，對(duì)豬冠狀病毒(PEDV)的定量照射效果進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果證實(shí)，該設(shè)備可以在極短的照射時(shí)間(30秒以下)內(nèi)，使直徑100cm內(nèi)的大范圍內(nèi)的病毒99.99%以上失去活性。這是全球首個(gè)利用高功率LED便攜式照射機(jī)對(duì)大范圍病毒進(jìn)行短時(shí)間照射、達(dá)成極高病毒滅活率的實(shí)證案例。

　　該小型便攜機(jī)包含安裝基板、驅(qū)動(dòng)電源、電池在內(nèi)，全部收納于小型機(jī)箱內(nèi)，可隨身攜帶在任何地方都能進(jìn)行高功率深紫外光照射。因此，該設(shè)備在醫(yī)院、公共商業(yè)設(shè)施、交通工具等多種場合都具有高度的實(shí)用性、通用性，具有較好的殺菌應(yīng)用前景。此外，對(duì)于以往難以噴灑液體消毒劑的場所，該設(shè)備也能迅速殺菌、消毒，作為防止新冠病毒感染擴(kuò)大和提高公共衛(wèi)生水平的革新技術(shù)而備受關(guān)注。

　　目前，該小型便攜式照射機(jī)還處于研究開發(fā)得實(shí)證階段，NICT正在推進(jìn)將研發(fā)成果向民營企業(yè)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移和面向?qū)嵱没呐e措。今后還將推進(jìn)實(shí)現(xiàn)高功率深紫外LED量產(chǎn)的實(shí)用化技術(shù)研發(fā)，通過與民營企業(yè)的合作、技術(shù)轉(zhuǎn)移，力爭在約兩三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和產(chǎn)品化。

　　07.適用光信號(hào)傳遞與照明的生物混合發(fā)光器件

　　2022年9月，來自美國加州大學(xué)圣迭戈分校的Shengqiang Cai等研究者介紹了一種簡單的方法，通過將生物性發(fā)光的單細(xì)胞海洋藻類甲鞭藻封裝在軟彈性體室中，來創(chuàng)建一種高魯棒性和無動(dòng)力的軟生物雜交機(jī)械發(fā)光。

　　研究人員探討利用海洋生物發(fā)光的常見來源、生物性發(fā)光的鞭毛藻和單細(xì)胞海洋藻類，構(gòu)建一種軟而堅(jiān)固的生物混合機(jī)械發(fā)光裝置的可行性。生物發(fā)光生物廣泛分布在海洋和陸地環(huán)境中，其發(fā)光功能包括防御捕食者、吸引配偶、吸引獵物和照明，以及種內(nèi)交流。

　　研究人員提出了一種簡單的方法，將生物發(fā)光的鞭毛藻與軟材料相結(jié)合，以構(gòu)建一種高度可拉伸、無功率和超敏感的機(jī)械發(fā)光。鞭毛藻生物發(fā)光是一種對(duì)機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)，由于流動(dòng)和觸摸，涉及一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路。這種生物發(fā)光是一種明顯顯著的現(xiàn)象，經(jīng)常發(fā)生在沿海地區(qū)。低至幾個(gè)Pa的壓力水平可以激活鞭毛藻的生物發(fā)光，從刺激到反應(yīng)的潛伏期僅為15-20 ms，從而產(chǎn)生超高和接近瞬時(shí)的力敏感性。

　　最值得注意的是，鞭毛藻可以非常健壯，通過功能性生物發(fā)光響應(yīng)耐受不同的條件，作為海洋和實(shí)驗(yàn)室可視化的機(jī)械應(yīng)力報(bào)告。

　　08.可減慢青少年獼猴眼軸發(fā)育的低相關(guān)色溫人工照明光源

　　2022年3月9日，中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所透露，該所胡新天課題組聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)：低相關(guān)色溫的人工照明光源可以減慢青少年獼猴的眼軸發(fā)育。

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　　課題組使用32只幼猴作為研究對(duì)象，采用由不同相關(guān)色溫(Correlated Color Temperature, CCT)構(gòu)成的四種典型光源，研究CCT與眼軸增長之間的關(guān)系。在經(jīng)過365天的觀察后發(fā)現(xiàn)，低CCT光照下的獼猴的眼軸增長顯著小于高CCT光照下的獼猴的眼軸增長，并且在整個(gè)觀察期間，這種效應(yīng)是持續(xù)和穩(wěn)定的。

　　該成果是國內(nèi)外第一次系統(tǒng)的關(guān)于常規(guī)照明光源色溫與眼軸發(fā)育關(guān)系的報(bào)道。由于眼軸過度增長是青少年近視的主要原因，這些結(jié)果有可能為預(yù)防青少年近視提供新的手段和方法。

　　09.全球首款量子點(diǎn)LED智能照明系統(tǒng)

　　2022年8月，英國劍橋大學(xué)的研究者結(jié)合印刷納米技術(shù)、色彩科學(xué)和先進(jìn)計(jì)算方法成功開發(fā)了一款LED智能照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多種顏色，目的是更精準(zhǔn)地模擬白光。

　　研究團(tuán)隊(duì)利用量子點(diǎn)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)使用典型LED中所用三原光色以外的更多顏色，能夠通過寬顏色可控性及高演色性性能更加精準(zhǔn)地再現(xiàn)日光。在研究過程中，研究者開發(fā)了一種結(jié)合系統(tǒng)級(jí)色彩優(yōu)化、器件級(jí)光電模擬和材料級(jí)參數(shù)提取的量子點(diǎn)LED架構(gòu)。同時(shí)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)中用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的色彩優(yōu)化算法、以及電荷輸運(yùn)和光發(fā)射建模的新方法制造了一個(gè)計(jì)算設(shè)計(jì)框架。

　　值得注意的是，研究者選用特定尺寸(直徑3-30nm)的量子點(diǎn)，克服了LED的一些實(shí)際限制，從而獲得驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)的預(yù)測所需的發(fā)射波長。本次開發(fā)的量子點(diǎn)LED白光照明結(jié)構(gòu)可延展至大面積照明表面，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)是由采用硒化鎘(CdSe)量子點(diǎn)的轉(zhuǎn)移印刷工藝(用于紅光、綠光、青光、藍(lán)光)制成，而這些都是由單一共同控制電壓驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)全色溫范圍。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)建基于白光的量子點(diǎn)LED器件新結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，測試結(jié)果展示了出色的色彩演色性、比現(xiàn)有技術(shù)更寬的工作范圍以及更廣泛的白光燈罩定制光譜。

　　據(jù)介紹，現(xiàn)有LED智能燈具的色溫大概是2200K—6500K，相比之下，這款LED智能照明系統(tǒng)顯示出2243K(微紅)—9207K(正午陽光)的相關(guān)色溫范圍。此外，這款量子點(diǎn)LED系統(tǒng)的顯色指數(shù)為97，而現(xiàn)有智能燈泡的顯色指數(shù)范圍為80-91，參數(shù)明顯更高。此也證實(shí)了該LED系統(tǒng)是全球首次開發(fā)出完全優(yōu)化、高性能的量子點(diǎn)智能白光照明系統(tǒng)，也是人類充分利用量子點(diǎn)智能白光照明的首個(gè)里程碑。

　　10.用稻殼廢料制成的首個(gè)硅量子點(diǎn)LED燈

　　2022年1月，日本廣島大學(xué)的一支科學(xué)家團(tuán)隊(duì)介紹了一種使用廢棄稻殼來生產(chǎn)首個(gè)硅量子點(diǎn)LED燈的環(huán)保創(chuàng)舉。

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　　這項(xiàng)研究旨在開發(fā)一種利用廢料的新型硅量子點(diǎn)工藝，而全球每年的稻殼廢料在1億噸左右——它們顯然是硅元素的一個(gè)有趣來源。為了利用稻殼廢料中的硅元素，科學(xué)家們提出了一種新穎的方法。先是將它們碾磨并燃燒掉有機(jī)化合物，以提取二氧化硅粉末，然后在爐中加熱。

　　接著，研究人員將純化二氧化硅粉末打成更小的顆粒，并添加到溶劑中，以將其表面“化學(xué)官能化”(chemically functionalize)，繼而得到大小約3nm的硅量子點(diǎn)。最后，研究人員將這一層與其它材料相結(jié)合，比如用作陽極的銦錫氧化物玻璃基板/用作陰極的鋁膜，便可制成最終的硅量子點(diǎn)LED燈(橙紅光譜)。

　　在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步提升LED的性能/發(fā)光效率、并開發(fā)橙紅色之外的顏色版本，此外還可想象將這項(xiàng)技術(shù)用于小麥、大麥等草本植物的廢料處理上。

　　光學(xué)性能的提升、材料的簡化、應(yīng)用范圍的拓寬……過去的一年，全球數(shù)個(gè)前沿可以為照明行業(yè)的變革發(fā)展開了山、鋪了路。展望已經(jīng)到來的2023年，中照網(wǎng)與全球照明業(yè)界將期待照明科技工作者們能帶來更多意想不到的光之精彩。

編輯：何美玲

來源：中照網(wǎng)綜合整理

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