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生产全球70%节能灯,中国之光是如何点亮世界的

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  出品 | 网易新闻

  作者 | 之遥科普 清华大学专业科普团队

  随着时代的进步,夜生活成了都市生活里不可或缺的一环。大大小小的城市都在黑夜里点亮五颜六色的灯光。无论纽约伦敦,还是北京上海,又或者家乡小镇,都在变得越来越亮。

  

  然而,你可能不知道的是,这道独特的风景线,有一半以上的功劳属于中国。

  中国照明产业在世界上处于什么水平?

  目前仍在使用的三代主流照明产品:白炽灯,节能灯(荧光灯)和LED灯,中国几乎都在国际市场占据统治地位。

  早在2007年,中国生产的白炽灯产量就达到了40亿只以上,其中约30亿只用于出口,占据了约40%的世界市场。之后兴起的节能灯,中国也占据了全球70%以上的市场份额,是当之无愧的龙头大哥。

  

  三代主流照明产品

  而当LED灯逐渐发展并成为越来越主流的照明产品时,中国依然没有停下脚步:2010年,中国的LED照明仅占据1%的市场,而十年后的今天,随着中国半导体照明产业的迅速发展,中国的LED灯已经占据了接近30%的世界市场。

  

  2016年∽2019年中国LED灯产量与出口量

  因此,说中国是世界照明产业的龙头并不为过。来自中国的“光”,正点亮整个世界的黑夜。

  点亮世界的灯,都是什么灯?

  说起灯,大家第一个想到的故事大概就是爱迪生发明电灯泡,这就是最早的白炽灯。不过由于低效率,短寿命和高能耗,今天白炽灯几乎已经被淘汰。取而代之的是荧光灯。经过不断优化,荧光灯的能耗不断降低,发展到最后,能耗极低的荧光灯就是节能灯。

  节能灯主要是靠灯管壁上涂附的荧光物质来发光。节能灯两端有电子镇流器和涂有电子粉的灯丝,灯管里充满氩气和汞蒸气。通电时,灯丝发热,上面的电子粉发射电子,电子撞击氩原子,把能量传递给它。

  获得能量的氩原子也不安分,又去撞击汞原子,让汞原子产生电离,发射出紫外线。这些紫外线照射在灯管壁的荧光物质上,荧光物质就发出了我们能看见的光。

  

  节能灯原理

  相比于白炽灯,节能灯工作时的温度低得多,这让节能灯的寿命平均是白炽灯的4倍以上,能耗也低的多,要达到同样的照明效果,所需节能灯功率仅为白炽灯的约1/4。

  然而,正如上面介绍,节能灯中含有汞,而这种重金属元素对环境有很大的破坏作用,若是汞进入人体中还会引起严重的中毒事故。因此,LED灯正逐渐取代节能灯,成为新一代的主流照明器件。

  

  五颜六色的发光二极管

  LED的全名是发光二极管,是一种半导体器件。LED灯的核心是一块LED芯片。这块芯片主要分成两部分,一半叫P区,里面自由电子比较少,放电子的位置(空穴)比较多,另一半叫N区,里面自由电子比较多。

  当芯片两端通电时,N区的电子会向P区移动,和空穴相遇,两者产生复合,就会放出光子。不同半导体材料可以制作成不同颜色的发光二极管,满足人的各种需求。

  

  LED芯片

  中国照明产业为何能点亮世界?

  首先,国家的重视和扶持占据了很大因素。从节能灯说起,1978年荷兰的飞利浦公司发明了节能灯,中国作为能源消耗大国就盯上了这一技术。二十世纪八十年代,节能灯传入中国后,国家扶持的一批企业对节能灯的生产工艺与关键技术加紧研究,突破了包括大功率电子镇流器,灯管弯曲等一系列技术难题,实现了各种各样节能灯的量产。此后,国家更是给出了更换节能灯补贴50%的政策,迅速让节能灯产业发展壮大。

  至于LED照明技术,早在2003年,国家就启动了“半导体照明工程”,之后出台了一系列的补贴政策,并将多个LED项目列入863计划中,真正将它定位为一项国家重点高新技术项目。近几年,随着国家对半导体产业和芯片研究的重视,半导体照明,即LED照明技术,再次获得了免税等补贴。正是国家的支持,让中国之光,能一直在世界各国中熠熠生辉。

  

  国家高技术研究发展计划(863计划)

  此外,中国的独特优势也让照明产业得以蓬勃发展。对于节能灯,荧光粉是不可或缺的材料,而荧光粉的主要成分稀土元素,在中国的储量巨大,远远高于其他任何一个国家。制作LED芯片的各种半导体材料同样在中国储量丰富。另外,相比于欧美,中国的人力资源更加丰富,而外形各异的灯管需要半自动化生产,因此也就需要一定的人力成本。中国独特的优势让它在灯具制造行业中脱颖而出。

  

  中国稀土资源储量世界第一

  最后,照明行业的繁荣,离不开背后默默奉献探索,为国家事业鞠躬尽瘁的科研人员。上世纪末,在毫无基础的情况下,中国的科研人员迅速实现了节能灯生产工艺水平赶超国际先进企业,并研发出了功率高达260W的电子镇流器和当时世界最先进的85W节能灯管,实现了超大功率节能灯的突破。半导体照明行业的繁荣,同样离不开背后辛勤付出的科学家们。

  863计划中,关于LED照明的立项涵盖了方方面面的应用,包括蓝光、橙光等多种颜色高性能LED的制备技术,医用无影LED灯的研制、太阳能LED路灯等。其中每一项的进展都是无数科研人员汗水的结晶。同样,照明用具生产线上每一位平凡的工作人员,也为中国的照明产业做出了不可替代的贡献。

  

  大功率节能灯“火箭炮”

  结语

  今天,中国的照明产业已经成长为了参天大树。在国家的支持和无数人的努力下,来自中国的照明产品已经点亮了全世界大半的夜空。在这是中国立于世界强国之林的小小一步,也是我们每个国人值得骄傲的一大步。

  参考文献

  [1] 2019年全球及中国LED 照明产业链及市场现状分析,https://www.chyxx.com/industry/201910/794402.html

  [2] 中国LED核心技术受制 节能灯占全球70%,而LED照明只占1%,http://www.riyaled.cn/NewsDetail.Asp?Id=608

  [3] 佚名. 节能灯出口量的市场份额[J]. 国际市场, 2009(5):51-51.

  [4] 灯饰行业分析报告,https://wenku.baidu.com/view/4a4f9095c3c708a1284ac850ad02de80d4d8063d.html

  [5] 中国城乡居民使用节能灯将获大幅补贴,中新网,https://www.chinanews.com/cj/xfsh/news/2008/01-21/1141008.shtml

  [6] 王江. 863计划项目“GaN-based蓝光LED的研制”通过验收[J]. 高技术通讯, 1999.

  [7] 佚名. 863计划"LED道路照明关键技术及产业化研究"课题取得重要进展[J]. 稀土, 2011(4).

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