利用萤火虫原理让LED更闪亮

萤火虫尾部忽明忽暗的光芒赐予了科学家灵感。最近，他们根据女巫萤火虫尾部发光器结构，改进了发光二极管(LED)，可使其效率提高50%%u4EE5上。

来自比利时、法国和加拿大的研究人员在光学会(OSA)期刊《光学快报》(Optics Express)上发表了两篇文章，介绍了他们的仿生学研究成果。他们对萤火虫尾部的发光器进行研究时，意外地发现了一种锯齿状排列的鳞片，它可以提高发光器的亮度。随后科学家将其应用在了LED设计中，制作出了模仿萤火虫发光器天然结构的LED覆盖层。这种覆盖层最高可提高55%%u7684LED光提取效率，并且很容易应用到现有二极管设计中，为人类节约更多能源。

“这项研究告诉我们，认真观察自然万物可以让我们学到许多，”安尼克�贝(Annick Bay)如是说。安尼克�贝是比利时那慕尔大学的在读博士，她的研究方向是天然光子结构，包括甲壳虫的鳞片和蝴蝶的翅膀。当她的导师让�珀尔�维涅隆(Jean Pol Vigneron)在中美洲进行野外工作时，发现了多群萤火虫，并把一些女巫萤属(Photuris)萤火虫样本带回了实验室做进一步研究。

萤火虫通过一种化学反应制造荧光。这个化学反应发生在一种特殊的发光细胞中。而荧光则从萤火虫的一部分外骨骼——角质层——中发出。光在角质层中的传播速度慢于在空气中的传播速度。光在这两种不同介质中的速度差意味着有一部分光线被反射回了发光器，这使发光器的亮度相对变暗。不过这些萤火虫样本角质层独特的几何表面可以最大程度地减小反射。这使它们发出的光线更强，更容易被异性发现。

在《光学快报》的论文中，贝、维涅隆及其同事首次对这种发光器的复杂结构进行了描述，并解释了这样的结构将如何提升LED设计水平。在扫描电子显微镜的帮助下，研究人员发现了萤火虫角质层上纳米级的骨架，以及更大一些的鳞片。当研究人员利用计算机模拟这种结构影响光线传播的过程时，发现大多数光线都是从这些锯齿状鳞片的锋利边缘发出的。随后研究人员用实验证实了这个结果，当他们从下方照射角质层时，这些边缘的亮度最高。