宾夕法尼亚州立大学的科学家们发明了一种新型的发光二极管(LED)灯泡，可以改变我们照亮家园的方式。这种新型发光二极管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灯泡在清洁能源中发挥着关键作用，”电气工程教授尹世卓(Stuart Yin，音)说。“目前LED的整体商用效率只有50%左右。一个主要的问题是如何提高led的所谓的光提取效率。我们的研究重点是如何让LED发光。”
萤火虫和led在释放它们产生的光时面临着类似的问题，因为光会向后反射并消失。led的一个解决方案是用微观投影来纹理表面，这种被称为微结构的结构可以让更多的光逃逸出来。虽然LED灯上的微结构是对称的，但萤火虫灯上的微结构不是对称的。研究人员注意到萤火虫灯的微观结构是不对称的——两侧倾斜不同的角度，形成不对称的外观。
“我注意到，不仅萤火虫的灯笼上有这些不对称的微结构，而且有报道称，一种发光的蟑螂的发光点上也有类似的结构，”电子工程博士生、该研究的第一作者陈长江(Chang-Jiang Chen)说。“这就是我试图更深入地研究使用非对称结构的光提取效率的地方。”研究小组发现，利用不对称的金字塔来创造微结构表面，可以将光提取效率提高到90%左右。
科学家们认为，不对称的微结构从两方面增加了光的提取。首先，不对称金字塔的更大表面积使得光与表面的相互作用更大，因此被捕获的光更少。其次，金字塔上不同大小的斜坡增加了反射的随机化效应，光线也得到了第二次逃逸的机会。为了在实验中证明这一点，研究人员使用纳米尺度的3D打印来创建对称和非对称的表面，并测量了发射的光量。正如预期的那样，不对称的表面允许更多的光被释放出来。
研究人员认为，进一步提高光提取效率还有很大的空间，他们的方法可以很容易地应用于led的商业生产。研究人员已经为这项研究申请了专利。“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，”尹说。其他参与该项目的研究人员包括姚吉米、朱文斌、赵菊红、尚楠和李云goo，他们都是电气工程专业的博士生。
