赤崎勇
10月7日,日本科學家赤崎勇在名古屋舉行的新聞發布會上講話。新華社/路透
天野浩
這是由名古屋大學提供的該校天野浩教授的資料照片(2010年1月19日攝)。新華社/路透
中村修二
這是2004年1月30日在東京拍攝的美籍日裔科學家中村修二的資料照片。 新華社/法新
3名日本出生的科學家因發現新型節能光源而獲得2014年度諾貝爾物理學獎。
諾貝爾物理學獎評選委員會7日在瑞典首都斯德哥爾摩宣布這一消息時認定,3名獲獎者發明了一種藍色發光二極管(LED),幫助人們以更節能的方式獲得白色光源,依據這一原理問世的LED燈“將點亮整個21世紀”。
LED燈點亮21世紀
3名獲獎者分別為85歲的日本明城大學教授赤崎勇、54歲的名古屋大學教授天野浩和60歲的加利福尼亞大學圣巴巴拉分校教授中村修二。其中,中村修二為美國籍。
諾貝爾物理學獎評選委員會的聲明說,這3名科學家上世紀90年代早期通過半導體導出藍色光束,卻為照明領域的發展帶來了根本性轉變。
LED光源與傳統光源相比具有節能、耐久等優勢。紅光LED和綠光LED早已發明,但長期以來制造藍光LED成為一個難題,缺少了三原色中的藍色,就無法獲得可用于照明且讓消費者感受舒適的白色LED光源。
“他們的發明具有革命性,”聲明說,“白熾燈點亮了20世紀,21世紀將由LED燈點亮。”
省電節能全球受益
按照評選委員會的說法,這項只有“20歲”的“年輕”發明之所以獲獎,是因為這種用全新方式創造的白色光源已經“讓我們所有人受益”。
根據研究數據,多數高級LED燈的能耗可以低至普通燈泡的不到二十分之一,但耐久度分別是熒光燈和白熾燈的10倍和100倍,且照明效果更加穩定。
因為全球發電總量的大約四分之一用于照明目的,LED燈的面世對節省全球資源貢獻不小。如今,不少國家正推動向LED照明領域轉變,以節省更多照明所需的電力乃至資源。
評選委員會還認為,LED燈對電力的要求非常低,依靠當地低成本的太陽能便可使用。這種新型光源的問世為全球15億未能受益于電網的人口帶來了更高生活品質。
馬里蘭大學聯合量子研究所物理學家菲利普·舍韋說,LED照明研究獲獎,說明物理學研究可以帶來實實在在的益處,而不僅僅是探索宇宙的奧秘。
“在他人失敗地方獲得成功”
85歲的赤崎勇在獲獎后舉行的記者會上首先感謝他的研究團隊,稱“我無法一個人完成這項成果”。
提及成功的秘訣,赤崎勇強調了研究團隊的執著精神。他坦言,不少人之前對他說,他的研究在20世紀結束時也不會取得成果,“但我決沒有這么認為……我只是一直在做我希望做的事”。
事實上,科學界先前在發明藍光LED方面已付出數十年努力,卻沒有取得突破。諾貝爾獎評選委員會說,這3名科學家“在其他人已經失敗的地方獲得了成功”。
身在美國的中村修二當地時間凌晨接到獲獎電話,驚喜之余連道“難以置信”。他隨后發表聲明,稱對獲獎感到榮幸,“看到我們的LED照明夢想成真非常令人滿意……希望節能的LED燈有助于減少能源消耗,降低全球范圍的照明成本”。
中村修二雖然現任加利福尼亞大學圣巴巴拉分校教授,卻是在一家名為“日亞化學”的未上市日本企業工作時發明了藍光LED。
路透社報道,中村修二雖然帶來了卓越發明,但在此后10年幾乎沒有得到“日亞化學”的任何獎勵。直至2004年,東京一家法院下令“日亞化學”向中村修二支付200億日元(1.83億美元)補償金。
藍光LED引發第二次照明革命
現在,我們隨處可見LED(發光二極管)的“倩影”:它在我們的電腦前面閃爍;在城市的霓虹燈中展露其燦爛的笑臉;它是黑暗中新型手電里的一束光;也組成了廣場中央的電視墻……城市和世界的光彩來自于科學家的心血。
據諾貝爾官方網站消息,日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二因發明“高亮度藍色發光二極管”榮膺2014年諾貝爾物理學獎,諾貝爾獎評選委員會在聲明中表示,三位獲獎者在發明新型高效、環境友好型光源,即藍光LED方面做出了巨大的貢獻。借用藍光LED,白光可以以新的方式被創造出來。使用LED燈,我們可以擁有更持久和高效的燈光代替原來的光源,不僅能為人類節省大量能源,也能照亮全球更多地方。
藍光LED,姍姍來遲
1907年,在英國馬可尼電子公司工作的英國工程師亨利·約瑟夫-勞德第一次在一塊碳化硅晶體里觀察到電致發光現象。他在一塊碳化硅晶體的兩個觸點之間施加了電壓,結果發現:在低電壓下,可以看到黃光;而在高電壓下,可以看到更多顏色的光,這種“電致發光”現象也奠定了LED被發明的物理基礎。
1962年,美國通用電氣公司34歲的普通研究人員尼克·何倫亞克發明了可以發出紅色可見光的LED,他的名字也隨LED的紅光一起紅了起來。由于何倫亞克的發明后來得到了廣泛的應用,所以一般稱他為“發光二極管之父”。1972年,何倫亞克的學生喬治·克勞福德站在巨人的肩膀上,發明了第一顆橙黃光LED,其亮度是先前紅光LED的10倍,這標志著LED向提高發光效率方向邁出的第一步。
到了20世紀70年代末期,LED已經出現了紅、橙、黃、綠、翠綠等顏色,并被用于機器儀器的顯示光源,但依然沒有藍光LED。由于光的三原色中包含有紅、綠、藍,藍色光源的缺失,使得照明的白色光源總是無法獲得。藍光LED的市場價值巨大,也是當時世界性的攻關難題,引無數科學英雄競折腰。
1973年,當時在日本松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開始了藍光LED的研究。后來,赤崎勇和天野浩在名古屋大學合作進行了藍光LED的基礎性研發,1989年首次研發成功了藍光LED。
1993年,在日本日亞化工(Nichia Corporation)工作的39歲的中村修二終于發明了基于氮化鎵和銦氮化鎵的具有商業應用價值的藍光LED,從而引發了照明技術的新革命。憑借此項發明,他榮獲2006年千禧科技獎,這相當于科技界的諾貝爾!不久之后,人們在藍光LED的基礎上加入黃色熒光粉,就得到了白色光LED,利用這種熒光粉技術可以制造出任何顏色光的LED(如紫色光和粉紅色光)。藍光和白光LED的出現拓寬了LED的應用領域,使全彩色LED顯示、LED照明等應用成為可能。
年輕有為 前途無量
目前,照明技術正在經歷一場前所未有的變革,也就是從燈泡和熒光燈到LED的變革。1879年,美國發明家托馬斯·愛迪生發明了燈泡,1882年初春,第一批實用的白熾燈終于問世了,它給千家萬戶帶來了光明和歡樂,白熾燈是愛迪生對人類最輝煌的貢獻之一。但愛迪生發明的白熾燈也有缺點,就是其效率很低,約等16流明/瓦,相當于僅有4%的電能轉化為光能。1900年,彼得·庫珀-休伊特于發明了熒光燈,其效率高達70流明/瓦。目前的白光LED則超過300流明/瓦,
被用于照明的白光LED常常建立在高亮度的藍光LED的基礎之上,后者能激發一個熒光磷,這樣藍色的光被轉化成白色的光。這些高質量的LED的壽命長達10萬小時,相比之下,熒光燈的壽命是其十分之一,而白熾燈的壽命為其百分之一。白光LED的成本逐漸降低,市場也在急遽擴張。在不久的將來,三色LED可能會取代藍光LED和熒光磷的組合用于高亮度照明,這一技術將使得我們可以對顏色組成進行動態控制。現在,我們在LED市場上就能看到各種新奇的顏色,如淺綠色和粉紅色等。
另外,鑒于照明占據全球整個電能消耗的20%—30%,而新的白光LED的能耗僅為普通燈泡的十分之一,所以,白光LED的使用能為人類節省大量的能源。同時,由于LED的壽命長達10萬個小時,和白熾燈泡的1000個小時以及熒光燈的1萬個小時相比,LED又幫助節省了材料的消耗。
今天,基于氮化鎵的LED已經成為很多手機、平板電腦、計算機監視設備、電視屏幕等的背照液晶顯示器的關鍵技術。發出藍光和紫外線的氮化鎵二極管激光器也被用于高密度的DVD內,大大促進了音樂、圖片和電影存儲技術的發展。未來,人們或許可以使用發紫外線的氮化鎵鋁/氮化鎵LED來凈化水,因為紫外線可以殺死細菌、病毒以及微生物的DNA。另外,世界上缺乏電網的人口將超過15億,LED燈的出現給他們帶來了希望,因為LED的低功耗,一些當地的廉價太陽能就足以為其供電。
盡管只有20歲,但藍光LED給人類帶來了極大的福祉,也實現了諾貝爾獎創始人阿爾弗雷德·諾貝爾為人類造福的遺愿,得獎可謂實至名歸。諾貝爾獎評選委員會在關于獲獎成就的聲明中指出:“白熾燈照亮了20世紀,那么21世紀將是被LED燈照亮的。”
LED到底能發展多遠,不得而知。也許某天就能開發出能發X射線的LED。早期的LED只能應用于指示燈、計算器顯示屏和數碼手表,但現在開始出現在超亮度的領域。大功率LED器件是目前新興的LED產品,主要被用在照明方面,但這項技術目前還不是很成熟,主要是因為大功率LED雖然亮度高,但發熱量也大,“身價不菲”。
從1907年半導體PN結發光理論的提出,到今天LED技術的無處不在,期間經歷了一個多世紀,包括赤崎勇、天野浩和中村修二等在內的無數科學家為LED的發展付出了巨大的心血,LED所帶來的經濟效益和社會效益將是無法比擬的。
諾獎得主 獎金都怎么花
居里夫人投入研究 愛因斯坦全給前妻
今年諾貝爾獎6日起開始頒發,在關注誰獲得獎項的同時,獲獎者同樣也會面臨800萬克朗(約113萬美元)獎金該怎么花的問題。
買房買車
1993年諾貝爾醫學獎獲得者、美國遺傳學家與分子生物學家菲利普·夏普:買下一棟有百年歷史的老房子。
2001年諾貝爾醫學獎獲得者、英國生物化學家保羅·納斯爵士:升級摩托車。
2013年諾貝爾物理學獎獲得者、英國物理學家彼得·希格斯:買了一輛定制的紫丁香色SUV。
捐贈或投入研究
1995年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、德國分子生物學家C.N·福爾哈德:用這筆錢建立了一個慈善團體,幫助年輕女性科學家撫養孩子。
1999年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、細胞生物學家甘特·布洛貝爾:將100萬美元獎金全部轉給了德國德累斯頓市政廳,要求用這些錢修復該市大教堂。
2000年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、美國分子神經生物學專家保羅·格林加德:建立了一個名為“珀爾·梅斯特·格林加德獎”的新獎項。他以母親的名義建立這個獎項,被稱為“女性諾貝爾獎”,彌補對女性的偏見。
2006年諾貝爾物理學獎獲得者、美國物理學家約翰·馬瑟:設立了Johnand Jane Mather科學和藝術基金,用于資助舞蹈藝術、研究生獎學金、美國國家航空航天局實習生旅游補助和其他項目。
1903年諾貝爾物理學獎和1911年諾貝爾化學獎獲得者居里夫人:投入研究。
補貼家用
1993年醫學獎獲得者、美國生物學家理查德·羅伯茨:用部分獎金在家門前的草坪安裝槌球裝置。
1921年諾貝爾物理學獎獲得者愛因斯坦:將所有獎金留給了第一個妻子和兩個兒子。
趣聞
屢現“夫妻檔” 是巧合嗎?
今年諾獎得主梅-布里特提及婚姻在她研究中的作用時說,她和丈夫有相同的愿景,樂于相互溝通和理解,并致力于解決兩人共同關心的問題。“當突然想到一個問題的時候,你能馬上(和丈夫)探討,而不是(不得不)計劃在一周、兩周或三周后開一次會,效果截然不同,”梅-布里特說。
位于瑞典首都斯德哥爾摩的諾貝爾博物館館長古斯塔夫·凱爾斯特蘭德認為,“已婚夫婦經常是一個好團隊,他們可以在實驗室內外不斷交換思想,”凱爾斯特蘭德說,“這是好的(研究途徑),因為你坐在實驗室的時候,不一定會迸發出最好的觀點。”
四大夫妻檔
開創諾獎“夫妻檔”先河的是居里夫婦。波蘭裔法國人瑪里·居里和丈夫皮埃爾·居里1903年獲物理學獎。
1935年,居里夫婦的女兒伊雷娜·約里奧-居里和丈夫弗雷德里奧·約里奧一起成為諾貝爾化學獎得主。
1947年,美國人卡爾·科里和格蒂·科里夫婦獲醫學獎。
2014年10月6日,挪威科學家夫婦梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤獲得諾貝爾醫學獎。
預告
2014年剩余諾獎公布時間
化學獎 北京時間8日17時45分
和平獎 北京時間10日17時
經濟學獎 北京時間13日19時
文學獎 瑞典皇家科學院規定,公布時間另行通知。