2014年,日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和日裔美籍科學(xué)家中村修二,由于對(duì)藍(lán)光發(fā)光二極管研發(fā)所作出的突出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。那么,藍(lán)光發(fā)光二極管究竟憑著什么樣的魅力獲得諾貝爾的垂青呢?
傳統(tǒng)光源的困境
照明對(duì)人類(lèi)文明的重要性不言而喻。自愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈之后,熒光燈、蒸汽燈等傳統(tǒng)光源相繼出現(xiàn),這些傳統(tǒng)的光源能夠出色地完成照明任務(wù),但也存在著明顯的缺陷。如白熾燈需要將燈絲加熱到上千度的高溫,但電能大都轉(zhuǎn)化成了熱能,轉(zhuǎn)化成光能的很少。熒光燈利用汞原子輻射的紫外線,來(lái)激發(fā)熒光粉出光,雖然有較高的效率,但汞是有毒的,不環(huán)保。蒸汽燈通過(guò)對(duì)放電管產(chǎn)生高溫電弧,使汞、鈉蒸發(fā),使其產(chǎn)生熒光,同樣不環(huán)保。鑒于此,傳統(tǒng)光源被稱(chēng)作“環(huán)保不友好”的光源。
A._________ 。
受半導(dǎo)體技術(shù)的啟發(fā),科學(xué)家們開(kāi)始研制發(fā)光二極管,尋求一種將電能直接轉(zhuǎn)化成光能的“電致發(fā)光”的照明方式。與傳統(tǒng)光源不同,發(fā)光二極管它包含著復(fù)雜的結(jié)構(gòu),需要納米尺度的精確工藝和復(fù)雜的技術(shù),而且它的發(fā)光原理也是領(lǐng)先的,可以通過(guò)改變發(fā)光區(qū)的成分,改變光的顏色。發(fā)光二極管真的一點(diǎn)都不平凡。
由于發(fā)光二極管的芯片非常的微小,所以可以在低電壓(僅需幾個(gè)伏特)、小電流(數(shù)毫安)下工作,即可獲得足夠的亮度,并且通電后立即穩(wěn)定的狀態(tài)發(fā)光,幾乎沒(méi)有明顯的缺點(diǎn),堪稱(chēng)“終極光源”。
姍姍來(lái)遲的藍(lán)光
發(fā)光二極管有如此多的優(yōu)點(diǎn),但為何沒(méi)有成為我們?nèi)粘9庠茨?這要從白光合成的原理說(shuō)起。大家知道,太陽(yáng)光的不同顏色,我們可以通過(guò)混合紅、綠、藍(lán)光模擬出來(lái),因此紅、綠、藍(lán)被人們稱(chēng)為三原色。如果三原色缺了一種,那么我們就像色盲一樣,看不到真實(shí)的色彩。
因此,人類(lèi)要想實(shí)現(xiàn)“半導(dǎo)體照明夢(mèng)想”,就必須制作出能夠發(fā)出類(lèi)似這三原色的發(fā)光二極管。遺憾的是,紅光、綠光發(fā)光二極管在上個(gè)世紀(jì)70年代就已經(jīng)成功研制出來(lái),而藍(lán)光發(fā)光二極管的研發(fā)卻在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 陷入了停滯。因?yàn)橹苽渌{(lán)光發(fā)光二極管所需的材料——氮化鎵,在很長(zhǎng)時(shí)間里,科學(xué)家們只能得到粉末狀的或者非晶體態(tài)的氮化鎵,而這種狀態(tài)的氮化鎵無(wú)法做成發(fā)光二級(jí)管。山東省平邑縣興蒙學(xué)校李傳鵬
20世紀(jì)80年代后,氮化鎵材料的質(zhì)量已經(jīng)有了明顯的提高。赤崎勇、天野浩小組和中村修二,經(jīng)過(guò)不懈的努力,分別利用不同的方法得到了鏡面般光滑的氮化鎵薄膜,完成了具有里程碑式意義的工作。1993年,隨著第一顆藍(lán)光LED首次由中村修二制成,半導(dǎo)體照明終于走出困境,踏上了快速發(fā)展之路。
B._________ 。
藍(lán)光發(fā)光二極管幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明,節(jié)約了能源,但它帶給人類(lèi)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“綠色環(huán)保”的范疇。今天,發(fā)光二極管的影響已經(jīng)相當(dāng)深遠(yuǎn),能夠覆蓋到信息,通訊以及生命科學(xué)領(lǐng)域,在生活中,從宏偉的摩天大樓到精致的電子產(chǎn)品,到處都有發(fā)光二極管注入絢麗的色彩。
藍(lán)光發(fā)光二極管獎(jiǎng),實(shí)至名歸。(選自《科學(xué)之謎》,有刪改)
16.本文介紹諾貝爾物理獎(jiǎng)藍(lán)光發(fā)光二極管的研發(fā),為什么要從傳統(tǒng)光源寫(xiě)起?
答:_______
17.用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言分別在文章A、B兩橫線處擬一個(gè)恰當(dāng)?shù)臉?biāo)題。
答:_______
18.下列說(shuō)法或推斷不符合原文意思的一項(xiàng)是( )
A.發(fā)光二極管照明直接將電能轉(zhuǎn)化成光,發(fā)光原理領(lǐng)先,發(fā)光狀態(tài)穩(wěn)定。
B.發(fā)光二極管芯片作為“終極光源”,沒(méi)有明顯的缺點(diǎn),必將取代傳統(tǒng)光源。
C.在很長(zhǎng)時(shí)間里,科學(xué)家們只能得到粉末的或者非晶態(tài)的氮化鎵,導(dǎo)致半導(dǎo)體照明陷入困境。
D. 藍(lán)光發(fā)光二極管的研發(fā)成功,填補(bǔ)了發(fā)光二極管只有紅光、綠光的缺憾,給人民的生活注入了絢麗的色彩。
參考答案:
16.①說(shuō)明傳統(tǒng)光源的缺陷,引出發(fā)光二極管的研究;②作為發(fā)光二極管的比較對(duì)象,突出發(fā)光二極管的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)。(4分,每要點(diǎn)2分)
17.A:發(fā)光二極管照明的優(yōu)點(diǎn)(或特點(diǎn)) B:發(fā)光二極管的功用及影響。2分,每處1分)
18.B(2分,“作為‘終極光源’”和“沒(méi)有明顯的缺陷”與原文不符,“必將取代傳統(tǒng)光源”的推斷過(guò)于武斷。)