LED照明革命

在本周的神话故事中，Kat Arney带我们看看午夜盛宴的科学，但不是你想象的那样……

睡觉的地方是一个神秘的地方，我们幸福地不知道在我们睡觉的时候发生的大多数事情。众所周知，我们要做的一件事就是吃蜘蛛——每年精确地吃掉8只蜘蛛。那么这个想法是从哪里来的呢?

从目前媒体对假新闻的讨论来看，这是1993年一位记者编造的。根据破天辟地网站Snopes的报道，Lisa Holst为《PC Professional》杂志写了一篇文章，强调了那些容易受骗和轻信的人传播充斥着荒谬虚构事实的电子邮件的方式——时代怎么变了，嗯?作为文章的一部分，霍尔斯特列出了她自己完全虚构的数据清单，包括吃了八只蜘蛛的数据。反过来，她从1954年出版的一本书中列出的关于昆虫的常见误解中得到了这个答案。然而，也没有独立的证据证明Snopes的报道是真实的，这一点必须带有一些讽刺意味。

让我们想想晚上睡觉时抓蜘蛛的可能性。据《科学美国人》报道，为了寻找答案，他们采访了几位蜘蛛专家，蜘蛛更有可能从熟睡的人类身边逃跑，而不是开始探索我们。它们会被我们的心跳、呼吸，尤其是打鼾产生的振动吓跑，而且在蜘蛛进入嘴里之前，人们很可能会被有东西爬到脸上的感觉吵醒。然而，有很多关于人们在晚上被蜘蛛咬伤的轶事，也有报道说早上在他们的牙齿之间发现了腿的碎片。所以，尽管我们可能会在一生中吃掉奇怪的蜘蛛，但不可能确切地知道，或者有多少只。唯一能找到答案的方法就是看很多人睡觉的时候，夜复一夜，然后仔细看录像带，看看有没有蜘蛛爬进张开的嘴里。这不仅听起来像一个非常无聊的研究项目，而且本身也有点令人毛骨悚然。

如果你担心吃到蜘蛛或其他昆虫，你更有可能在完全清醒的时候咀嚼它们，因为它们通常存在于加工食品中，一项估计表明，普通人每年无意中吃下大约半公斤昆虫。甚至对昆虫的数量也有法律限制——例如，美国规定每100克巧克力中只能含有60个昆虫碎片，如果你想知道为什么你的水果和坚果棒特别脆的话。最后，与其担心在夜间不小心击退几只蜘蛛，有些文化甚至认为吃蛛形纲动物是很重要的。在柬埔寨的Skuon镇，炸蜘蛛是一种很受欢迎的街头小吃，在那里，一种手掌大小的狼蛛与糖、盐和大蒜混合在一起，然后在油里炸。显然，它们外脆中软，尝起来有点像鸡肉和鱼肉的混合体。证明——如果需要的话——任何东西只要用足够的大蒜炒就可以食用。虽然我可能永远不会确切知道我不小心吃了多少蜘蛛，但我想我会错过这些蜘蛛。

一项新的研究表明，成千上万的中年妇女可能正默默地遭受着贪食症、厌食症或暴饮暴食的折磨。这些类型的精神疾病通常与十几岁的女孩有关。然而，伦敦大学学院的这项研究表明，每28名四五十岁的女性中就有1人患有饮食失调症，其中大多数人没有寻求任何帮助或治疗。利兹·弗雷泽患有贪食症15年了，正如她向格雷哈·杰克逊解释的那样，这几乎要了她的命……

莉兹:对于心理健康问题，我认为很难确定它是从什么时候开始的。我想我是一个相当典型的例子。我15岁，在家不太开心，哥哥离家出走，学业压力很大，非常有动力，要求非常高。但是减肥成为了一件事，你有一个图表。我以前喜欢画数字，如果数字没有下降，那就是糟糕的一天。所以所有的好与坏都与这张图联系在一起，不管我的大小，这几乎是无关紧要的。一开始只是偶尔做点什么，然后就变成了每时每刻都在做，然后就变成了一种瘾。在那个时候，即使你不想表现出这些行为，即使你不想那样做，你还是会那样做，因为你就是这样做的。

Graihagh:你是否有过这样的时刻，你觉得我已经做得太过分了，我需要帮助，或者，对你来说，那个转折点是什么?

对我来说，和很多人一样，可能有很多这样的观点。这就是上瘾让人沮丧的地方，不是吗?有时候你会想，我要把事情整理好，我要把清单贴在冰箱上，然后我要……但你没有。你这样做了一段时间，然后你又复发了，每次发生你想'该死的，我不会这样做。我本来是要下定决心的，结果却让你更加沮丧。然后，不管出于什么原因，你醒来后感觉更强大了，你想，我来解决这个问题。所以我认为你必须做好准备，你必须在恢复过程中为这些复发的发生做好准备，而不是越来越低。

在这段时间里，我有了三个孩子——不是15岁的时候，我赶紧补充一下。这种情况一直持续到我30岁——30岁通常是一个人的转折点。所以我看起来很好，工作也很好，我拿到了剑桥大学的学位，开始制作电影和电视节目。我有年幼的孩子，我要照顾他们，但对外界的任何人来说，我很好。但我认为真正的危机发生在我最小的孩子一岁或一岁半的时候，有一天我在厨房里差点就站在那里死了。我还记得那种冰冷、冰冷的感觉，就是这样。

Graihagh -遗憾的是Liz并不孤单。来自饮食失调慈善机构BEAT的理查德·斯莱博士……

理查德-在英国，他们影响了72.5万名不同年龄和背景的男性和女性。这不仅仅是人们对年轻的中产阶级少女的刻板印象，她们正在经历一个阶段，或者这样做是为了看起来更好。这些都是严重的精神疾病，可以影响任何人。

Graihagh -现在Liz描述了她暴食症的经历。她患有贪食症15年了，但令人惊讶的是，她仍然能正常工作，她有三个孩子。但我的理解是，饮食失调实际上比抑郁症或精神病等任何其他精神疾病夺去的生命都要多。

理查德:是的，当然。神经性厌食症是所有精神疾病中死亡率最高的。这些疾病真的可以摧毁一个人的生活，也会对这个人的家庭产生很大的影响。

Graihagh -因为最近发表在《英国医学委员会》上的这项研究是第一次，我发现非常惊人的是，在所有年龄段的女性中，尤其是40多岁和50多岁的女性，饮食失调的患病率，我对其中的一些统计数据感到惊讶。15%的女性在人生的某个阶段患有饮食失调症，3.6%的女性目前正在与之抗争。这让你感到惊讶吗?

首先我想说，我们衷心欢迎这项研究。这方面的研究还不够，这是一项非常重要和令人兴奋的研究。15%的女性在人生的某个阶段患有饮食失调症，3%的女性目前正在遭受这种折磨，这一数字实际上相当令人担忧，但我们并不特别惊讶。

我们开通了一条全年365天开放的求助热线，去年，我们热线电话中有15%是40岁以上的人打来的。这项研究进一步支持了为所有年龄的饮食失调患者提供适当治疗途径的重要性。因为，目前的重点是帮助年轻人摆脱困境，而那些在晚年或中年的人发现很难得到他们饮食失调所需的治疗。

Graihagh -治疗方法是什么?你如何从这样的事情中恢复过来?

理查德-恢复是艰难的，但这是可能的，而且非常值得。一般来说，这将是一种谈话疗法，人们可以开始思考他们行为背后的原因。

Graihagh -因为可悲的事实是，这是论文强调的，那些报告有饮食失调的人，只有不到三分之一的人真正寻求任何帮助。我只是想知道为什么，是什么阻碍了人们得到他们真正应得和需要的东西?

理查德:我认为在我们谈论的这个人群中，他们会觉得去看全科医生说自己得了这种被错误地认为是十几岁女孩的疾病的疾病，这几乎是件尴尬的事，我认为这可能会让他们感到羞耻或尴尬。

Graihagh - Liz，尽管所有的耻辱和刻板印象，确实寻求帮助，并把她的经历变成了积极的东西——一个网站。

丽兹-在myheadcase.com上。

grahagh -她希望headcase能通过分享她的经历来改变心理健康问题。

Liz - Headcase来自于我所有不同类型的心理健康问题的经历，无论是我年轻时的饮食失调。我在30多岁的时候有过恐慌症，然后在40岁出头的时候有过精神崩溃，我发现，每次我谈到这个问题时，那个人都会说“我也有”、“我妈妈有”、“我朋友有”、“我同事也有”。我真的开始意识到这种东西到处都是!心理健康问题影响着每一个人，如果不是你，那就是你认识的人。

它是你生活的一部分，只要我们把它当作奇怪的东西，它就会被联系起来。我希望人们戴上Headcase徽章，站起来说:“是的，我照顾我的头。我对此一点问题都没有。”如果我膝盖疼，我就去看医生。

如果我感到焦虑、紧张、恐慌、惊慌失措，我会去寻求帮助。我承认这一点，我会像照顾身体一样照顾好我的头。

它们是如何以及为什么比标准灯泡效率高得多?Tom O'Hanlon和Rachel Oliver一起去剑桥氮化镓研究中心寻找答案。

瑞秋-欢迎来到实验室。首先，我们得穿上实验服……

汤姆:把波波头系好……

瑞秋:我相信很多人都见过LED灯泡，但现在它们到底是什么样子的呢?它很像一个普通的灯泡，也许有一种磨砂玻璃罩。很难说出为什么它和你可能买了很多年的普通灯泡不一样。所以我们今天早上要做的就是把其中一个拆开看看里面是什么。现在我们要用这里的金刚石锯来做……

我们这里有一个LED灯泡，它实际上由几个部分组成。我们有这个黄色的球体，它看起来有点像一个小乒乓球，然后我们可以看到下面有很多电路板和类似的东西。

汤姆:好的。那么led就是那些小芯片，大概5毫米宽?

瑞秋-是的，差不多。这个灯泡有6个led。不同的球茎有不同的数字。它们是非常小的芯片;它们实际上是非常小的装置，它们是由一种叫做氮化镓的材料制成的。这种物质在自然界是找不到的。LED制造商在大型晶体生长系统中种植它，我们实际上在这里有一个大型晶体生长系统，我们在那里制造实验性的LED结构，并试图改进它们。

现在我们在生长实验室，我们在这里看到的是我们的一个晶体生长系统。它的大小和一辆运输货车差不多，但大部分都是控制电子设备和处理气体的系统;它们移动气体。

氮化镓是由提供镓的三甲基镓气体和提供氮的氨反应生成的。这些气体通过一个非常熟悉的管道。

蕾切尔:镓和氮通过一个叫做淋浴头的结构，看起来就像淋浴头。

汤姆:就像你在高档酒店里住的那种好房间?

瑞秋-没错。诚然，它看起来不太像我家里的白色塑料淋浴头。

淋浴喷头下面有一个和冰淇淋类似的威化饼。但它不是饼干，而是由人造蓝宝石或硅制成的。雷切尔将这些晶圆加热到1000摄氏度，晶圆表面的气体就会分裂，并发生反应，一层一层地形成LED晶体。

瑞秋-氮化镓层是我们为LED生长的基础，它们通常是微米厚，所以一微米是一毫米的千分之一。实际的发光层(发光的部分)要薄得多，大约只有百万分之一毫米。它是非常非常薄的发光层。

汤姆:我们已经谈到了你是如何制造这些led的材料，但是它们实际上是如何发光的呢?

嗯，我办公室里有些东西也许能帮助你理解，所以我们为什么不从那里走过去……

让我吃惊的是，Rachel给我看了一个我多年没见过的木制游戏，叫做Labyrinth。你还记得吗?

你必须在迷宫中滚动一个滚珠轴承，转动侧面的旋钮使板向上、向下、向左、向右倾斜，以避免它掉到一些洞里。这和LED有什么相似之处呢?

好吧，它归结为这几层。在LED的一侧，该层被调整，因此有额外的电子是负的。另一方面，一些电子丢失，留下带正电的空穴。当你打开电灯开关时，负电子和正电空穴就会被推向对方。

蕾切尔:那么，我们可以把电子想象成滚珠轴承，玩具上的空穴就是晶体上的空穴，当电子和空穴相遇时，电子基本上会掉到空穴里，就像滚珠轴承掉到玩具上的空穴里一样。

汤姆:瑞秋，你在迷宫游戏中的技能如何?

瑞秋-不太好。我们来看看，在电子和空穴重新结合之前，它能保持多远。让我们试一试，我现在要绕过第一个弯道，我不确定我能不能成功。我搞定了一个角落。你们听到了这个过程，我的滚珠轴承，也就是我的电子，失去了一些能量。它掉下来，在底部哐当一声，当它在较高的水平时，它所拥有的一些能量，被转化为声能。在LED中，很明显，电子和空穴相遇给了我们光，但基本原理是一样的。

汤姆:在这些发光二极管中，电子落入空穴会产生蓝光。要获得白光，你需要瑞秋之前所说的黄色乒乓球。它被一种叫做荧光粉的化学物质所覆盖，这种物质可以将一些蓝光转化为黄色。黄光加上蓝光，形成白色。

瑞秋还告诉了我另一个让led更有效发光的技巧……

瑞秋:这都和我说过的那些非常非常薄的层有关，它们能发光。它们非常非常薄的原因是我们用它们把电子和空穴困在同一个地方。这就像如果你和我需要见面喝杯咖啡，如果我对你说"太好了，我们明天在剑桥见吧"我们可能会找到彼此，但可能性不大。如果我对你说“我们在材料科学系的公共休息室见面喝杯咖啡吧”，很有可能我们真的能找到彼此，一起喝杯咖啡，聊聊天。所以我们对电子和空穴做同样的事情，因为它们快速有效地相遇并结合发出光，没有时间让它们四处游荡，在晶体中发现可能的错误，它们结合的过程可能出错，并发出热量。

实际上，就我们所做的研究而言，我们所做的关键之一就是考虑发光的结构。它们非常非常小，我们试图设计它们，使电子和空穴相遇的过程尽可能快、尽可能高效，从而使整个设备尽可能高效。

如果我们改用激光照明，它可以改变我们的家，甚至可以在黑暗的窗帘上发光。克里斯·史密斯(Chris Smith)采访了史蒂夫·登巴尔斯(Steve DenBaars)以了解更多信息。

Steve:你可以想象一下，每栋房子都有一个蓝光光源，你可以用塑料或玻璃纤维把光穿过房子的其他地方，然后在你需要的时候把它转换成白光，而不是用铜线把灯绕着走。因此，你可以省去很多照明所需的电缆，但你也可以想象一个非常不同的照明装置。你不再需要大而笨重的金属固定装置，你需要非常小的光源，或者你甚至可以考虑在窗帘或天花板上编织织物，以获得分散的效果。

克里斯-所以我们在谈论爱迪生梦想的破灭，是吗?我们说这是我们所知道的灯泡的终结——我们不再需要那种技术了。我们只需要建造一些固定装置和配件，它们可以接受光纤输入，由激光驱动，激光可以在几百英尺外的建筑物的其他地方，光线到达一个叫做光纤的管道，进入那个表面，整个墙壁或整个天花板，甚至像你说的，你的窗帘发光，照亮房间。

史蒂夫-是的，没错。我们认为这给了设计师很大的自由。但我要指出的是，你现在已经可以在欧洲看到激光照明了。事实证明，宝马和奥迪已经发布了一款配备激光大灯的高端汽车，因为它在直射光下也非常明亮和高效。我想欧洲已经有一千多辆汽车在使用这种激光照明技术。

克里斯:为什么你认为在你的房子周围安装光纤，把光作为光而不是铜线中的电更好?

史蒂夫-是的，说得好。光纤电缆可以非常小——我们说的是小于一毫米。所以你不需要浪费大量的铜材料，正如你所知道的，这很昂贵，而且你可能会受到电击。所以它可以让你制作更小的照明装置。在现有的建筑中，他们为所有这些电缆和固定装置分配了几乎一英尺的空间。我主要认为这是一种方法，不仅可以设计出很酷的装置，还可以节省与之相关的布线、材料成本和金属成本。

Chris -考虑到物联网的整个概念，我们在最近一期的裸科学家中谈到了li-fi的概念(你通过灯泡的视觉信号连接到互联网)，你能把它作为它的延伸吗?金宝搏app最新下载人们可以连接到互联网，在他们的墙上不知不觉地闪烁着下载数据吗?

史蒂夫:嗯，我很佩服，因为你已经把我们在研究上的工作联系起来了，我们只花了两年的时间，这是一种艰难的方式。我想英国也有一些研究。我想哈罗德·霍斯教授一直在用led做li-fi，但我们可以用激光照明做同样的事情。事实上，我们已经做到了，而且我们已经展示了通信速度比你在商店里买到的传统LED li-fi灯泡快100倍以上。我们每秒可以传输5gb的数据。给你们一些感觉，那就是达到和光纤电缆一样的速度。

克里斯:这安全吗，史蒂夫?如果我的房子周围有光纤它们充满了非常强烈的相干蓝色激光，如果我不小心把它切成那样，现在我不会触电，但我可能会把自己弄瞎，不是吗?

史蒂夫:是的，所以我们真的需要开发故障安全光学系统和传感器。在一个非常高的层面上，我会告诉你我们正在研究的一些安全方案，如果电缆被切断，在纳秒内电缆就能感觉到它被切断了，它会立即关闭激光。

克里斯:你觉得还要过多久，你才会按理走进你的休息室，轻轻打开一个开关，这个开关不会点亮天花板上的灯泡，它会让天花板发光，窗帘亮起来?

史蒂夫:我认为，要让激光照明真正普及，还需要10年的时间。然而，它已经出现在亚洲的汽车照明，甚至电影院的显示屏上。

克里斯-嗯，这很有趣，不是吗?所以，如果你通过沙发上网，我想知道这是否意味着你是一个沙发冲浪者?

这是加州大学圣巴巴拉分校的Steve DenBaars，非常感谢，感谢他。

本周和我们一起的还有科林·汉弗莱斯。你喜欢用激光光源照亮你的房间吗?科林-你觉得呢?

科林:你可以在房间里放一整面墙的照明灯，这可能会很有趣，事实上，我们也可以用LED来做这件事。所以激光可能会稍微强大一点，但你可以使用led。事实上，在博物馆里，他们用它来照亮橱柜，这样你就不会看到纤维来了，它们的末端是led。

Chris - Graihagh，你喜欢用沙发来照亮房间的想法吗?

格雷哈——我真的无法想象。或者是黑幕上的一抹光芒。我看不出有什么吸引人的地方，而只是有一个普通的灯。吸引人的地方是什么?

Chris -我认为重点是我们现在设计房间的时候，光源在天花板的中心点。你会看到阴暗的角落，它决定了房间的格式，如果你真的有来自不同地方的光线，这将给设计师更多的自由。

格雷哈:我想这看起来也会更自然。

克里斯:可以，因为这意味着房间里不再有黑暗的角落了。