美公司将利用石墨泡沫冷却提高LED性能

2010-9-02 14:31 来源: 中国科学院
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  发光二极管的英文简称为LED,通常它由镓与砷、磷的化合物制成。在接通电源后,其中的电子与空穴复合时能辐射出可见光。人们发现,磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。与小白炽灯泡和氖灯相比,发光二极管的特点包括工作电压很低;工作电流很小;抗冲击和抗震性能好,可靠性高,寿命长;通过调制电流强弱可以方便地调制发光的强弱。基于这些特点,发光二极管在许多光电控制设备中用作光源,在电子设备中用作信号显示器。

  冷却可提高发光二极管性能

  在大力提倡节约能源的今天,发光二极管作为照明灯越来越受到人们的青睐,其市场在不断扩大。据介绍,上海世博园区内使用了10.5亿颗发光二极管灯泡,世博场馆室内照明光源中约有80%采用发光二极管作为照明光源,相较于普通白炽灯省电达90%左右。专家表示,2010年中国发光二极管销售产值将突破1500亿元人民币,相当于2008年的两倍。  

  面对广阔的市场需求,人们在努力提高发光二极管照明灯的性能。研究发现,虽然发光二极管工作电压和电流很低,但是它仍然存在着发热问题。发光二极管的温度每降低10华氏度,其发光部件的寿命就能增加一倍,因此冷却对提高发光二极管照明灯的性能十分重要。

  石墨泡沫冷却材料闪亮登场

  美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)材料科学和技术部研究人员詹姆斯·克勒特发明了一项称为石墨发泡的技术。利用该技术,人们能够获得石墨泡沫(graphite foam)材料。用石墨泡沫帮助冷却发光二极管照明灯,可以更有效地控制其发热,从而延长其寿命并降低价格。此举有望扩大发光二极管照明灯的用户群。  

  克勒特说:“在(石墨发泡)技术降低发光二极管照明系统、稳定并延长其寿命的同时,该技术能够取代普通照明灯设备的更换和维护开支,每年为城市节约数百万美元。”他希望石墨发泡技术能够为顾客节约开支。  

  与传统的利用金属铜和金属铝等散热材料相比,新技术制成的石墨泡沫具有多种优点,比如,石墨泡沫导热性高、重量轻和加工容易。这些特点使得石墨泡沫材料拥有更好的设计适应性,成为更轻、更廉价和更高效的发光二极管照明灯冷却材料。  

  据悉,石墨泡沫具有的特殊石墨晶体结构是形成其良好导热性的关键。晶体结构的“骨架”中充满了气穴,与石墨相比,石墨泡沫的密度只有石墨的25%,因此其重量较轻。石墨泡沫特有的纽带网能够快速地将热源的热量散发掉,因而它是一种理想的冷却材料。

  作为首推的节能照明用品,发光二极管照明灯因其耗能低、紧凑和平均寿命长的特点得到了越来越多的利用,其在街道照明和停车场照明等方面的应用需求也在不断提高。 

  LED北美公司专门为在城市、商业和工业领域的应用提供发光二极管照明灯产品。为不断提高发光二极管照明灯的性能,确保自己在与对手长期的竞争中处于有利地位,日前公司与橡树岭国家实验室签订了石墨发泡技术合作协议,获得了该技术的使用权。公司准备用该技术生产石墨泡沫,并用石墨泡沫以被动式冷却方式帮助发光二极管照明灯部件散热。  

  LED北美公司设立在橡树岭国家实验室名为“技术2020”的实验孵化基地内,公司和实验室建立起了良好的关系。公司创始人之一安德鲁·威廉表示,与橡树岭国家实验室为邻,公司与实验室的研究人员可以更方便地密切合作,以完善石墨泡沫材料与发光二极管照明灯。