量子点技术在健康照明中的应用探讨

2020-11-09袁佳鑫

光源与照明 2020年8期

袁佳鑫

长沙理工大学（湖南长沙 410000）

0 引言

当前，经济发展带来的环境污染使得全球能源短缺问题突出，环保、节能已成为可持续发展必须解决的问题。在照明行业，各类照明设备所消耗的电力约占全部电力消耗的20%，节约能源的主要途径就是减少照明所消耗的电力，同时开发环保、高效、节能、安全、高品质的照明设备。目前，大多数普通照明用白光LED 采用蓝光芯片激发荧光粉，而高亮度的蓝光照射对人眼视网膜有一定程度的危害，现已引起人们的高度重视。寻求更安全、更环保的健康照明设备已成为人们关注的重点。

1 蓝光的危害

鉴于LED 光源的安全、环保、节能、使用寿命较长等优势，其逐渐取代了传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯[1]。但是现阶段使用的LED 光源多采用蓝光LED 芯片激发黄红光荧光粉合成白光，在色温较高时，这种光谱的蓝光峰值较高，青光与红光不足，具体的光谱图如图1 所示。由图1 可见，蓝光与黄光相比于其他部分来说分布较高，由于光谱的连续性较差，蓝光危害系数较高，不满足高品质照明的要求。

图1 荧光粉激发LED 照明光谱图

蓝光（主要是针对波长在400 ～450 nm 的蓝光）对人体产生危害的部位主要集中在眼部，其会对眼睛视网膜造成一定程度的损伤[2]。与其他可见光相比，蓝光能量较高，会直接穿过眼球的外膜、中膜，最后到达内膜区域，即视网膜。经过一段时间的富蓝光照射，使得视网膜中的细胞发生不同程度的萎缩现象，严重时会直接导致该细胞死亡。在此条件下，人们的视力会受到不同程度的影响，发生视力下降的情况，严重时还会导致失明。这是因为，当蓝光亮度过大时，就会使眼睛发生不同程度的病变，并且以黄斑病变为主。

美国科技界认为会聚已经成为推动生物科技革命的战略思想和方法，代表了未来科研发展的新方向。理论界不仅分析了会聚项目的前沿性、社会性，也探讨了新型科研组织形式以及会聚研究发展可能带来的社会影响。这既是对科技潜在前沿的探索，也是对科技自身发展方式的思考，体现了美国科技界居安思危、进一步求新求变、先发制人的战略思维。

当蓝光用于照明时，会对褪黑素产生一定程度的抑制作用[3]。褪黑素是一种激素，其会对睡眠质量等产生重要的作用，并帮助人们有效调节时差。也就是说，只有在减少蓝光照射的情况下，才能更好地分泌褪黑素，从而保证人们的睡眠质量。

色温较高的LED 光源存在着不同程度的蓝光含量较高的问题，会给人们的健康造成不同程度的影响。随着对蓝光的认识和了解越来越清晰，人们对健康照明的需求越来越迫切。

食物有保质期，信息资源也会有。过了期的信息资源就如同昨日黄花一文不值。作为工程造价而言，是为工程做铺垫的一项工作，对于时间肯定有着严格的要求。因为工程造价对于工程而言是一个必要且充分的条件，但又不能因为它的拖延而推迟工程的期限[4]。所以，为了造价方案在预计时间段内做出对于信息资源就必须以最快的速度获取，并且是最新的、具有时效性的信息资源。而大数据下的计算机和各类系统恰如其分地解决了这个问题。

2 健康照明

光感受器一般可分为两部分，一部分为视锥细胞，另一部分为视杆细胞，二者都存在不同程度的活性和光谱敏感性，其中，光照水平是影响其活性的重要因素[4]。对视锥细胞而言，其主要感受的是强光，同时还有颜色；而视杆细胞主要感受的是弱光，并且这种细胞较为敏感，在感受光线强度时的反应较为激烈。与此同时，要想实现高品质、健康的照明，就要在显色指数上下功夫，并认知和明确具体的S/P 值。S/P 值与光通量之间有着密切的关系，S/P 值即在暗视觉下与明视觉下光通量的比值。

1.1 资料来源选取2013年1月-2015年12月在廊坊市妇幼保健中心进行孕期检查的妇女3 326例为研究对象，入组对象同时有唐氏综合征和叶酸代谢障碍，平均年龄(27.88±4.95)岁。根据唐氏筛查结果将受试孕妇分为高风险组(814例)和低风险组(2 512例)，高风险组包括21-三体综合征806例、18-三体综合征2例和神经管缺陷高风险6例。本研究获得医院伦理委员会批准，所有研究对象对本研究知情并签署知情同意书。

量子点，既是无机化合物的一种，也是纳米晶体的一种，在性能上相对稳定，当其进入水中，便会成为胶体形式。根据主要的合成材料，可以将量子点分为三部分：第一部分为元素半导体，使用的量子点材料为Ⅳ族，具体的量子点为锑（Sb）、硒（Se）、硅（Si）等；第二部分为化合物半导体，使用的量子点材料为Ⅲ-Ⅴ族，具体的量子点为砷化铟（InAs）、铟镓氮（InGaN）、氮化镓（GaN）等，还有部分材料为Ⅱ-Ⅵ族，具体的量子点为碲化锌（ZnTe）、硒化镉（CdSe）以及氧化锌（ZnO）等；第三部分为异质结，使用的量子点材料为两种半导体结合在一起或是更多的半导体结合在一起[6]。

蓝光危害与健康照明之间存在着些许矛盾，这是因为健康照明需要蓝光的存在，但是要把握好蓝光的含量，含量过高或过低，都无法有效实现健康照明[5]。因此，需要通过相应的技术把控好蓝光含量，并且最大程度地减少其对人体产生的损害。对此，可以从清晨的太阳光中得到启示。太阳光属于全光谱照明，降低480 nm 以下的蓝光部分，可降低其危害，实现健康照明的最终目的。全光谱、高品质的健康照明光源光谱图如图2 所示。

图2 全光谱、高品质的健康照明光源光谱图

3 量子点技术概况

3.1 量子点介绍

(4)技术力量在突破人类中心论中扮演了重要角色。因为技术力量对人类行为及其后果的改变，使得伦理学研究范畴超越了传统的时间和空间范围，因此，势必将打破大部分早期伦理体系中的人类中心论地位。与早期伦理学关注人、人的行为和行为后果不同，技术时代的伦理视域已经扩展开来，并逐渐呈现出一种宏大的、整体的视角。人的伦理学不仅关注人，而且关注人类整体，关注人类处于其中的自然。此外，从一种存在主义的视角看，人类的独断的情感和态度，与人类自身生存的未来已经不相符合，对人类自身，尤其是大自然的认识需要调整适应，建立一种突破人类中心论的伦理学势在必行。

除此之外，量子点还有一个比较突出的特点，即量子点的晶粒和能量间隙之间存在一定的关系。当量子点的晶粒逐渐增大时，其能量间隙会不断变小；当晶粒逐渐变小时，能量间隙会不断增大。这也在一定程度上表明，量子点和发光的波长之间存在一定的关系。当量子点逐渐变小时，其发光的波长会不断变短，这也是尺寸效应的具体内容[7]。相关研究人员完全可以利用尺寸效应，适当改变量子点的晶粒尺寸，从而达到更新发光光谱的目的。不同粒径的量子点所呈现的颜色如图3 所示。

量子点是由若干个原子构成的，其原子的数量与量子点的粒径之间存在一定程度的关系。若不断减少原子的数量，量子点的粒径也会逐渐减小。从化学性质角度看，原子基本都附着于量子点的表面，这样的形态会使得量子点出现不同程度的化学反应。从光学性质角度看，量子点的粒径和反射系数之间存在关系，若量子点的粒径不断减少，其反射系数会逐渐降低。同时，当量子点的粒径不断变小时，量子点所呈现出来的颜色会逐渐变深，颜色越深，就说明量子点对光的吸收能力越强。

3.2 QLED 与OLED

OLED 是有机物发光二极管（Organic Light Emitting Diode）的简称，该技术是依托有机薄膜应用自有光源进行照明。QLED 是量子点发光二极管（Quantum Dot light Emitting Diode）的简称。该技术和OLED 相比，拥有更多的优势，并且在构造上避免了“阴罩”的使用。QLED 照明技术的核心原理就是采用了量子点技术。量子点不但可以沉积于液体之中，而且利用半导体量子点可以构成一个良好的QLED 发光层。