深紫外LED技術應用研究

田文玉 張秀雯 武艷玲

摘 要：現如今，UV LED今年已成功獲得普及，并已出現在UVA，UVB和UVC等各自的應用中。然而，UVB LED的應用范圍相對較小，UVC/UVA LED憑借其直接和間接的殺菌和凈化功能而受到越來越多的關注，尤其是隨著全球時尚的普及，UVC/UVA LED市場已經進入了快速發展的時期。將來，預計LED市場將分為兩部分：用于普通照明的可見光LED和具有先進創新的深紫外LED。由于深紫外LED的發光效率和光輸出通常低于可見光LED，因此深紫外LED的發展具有重要的研究意義。

關鍵詞：深紫外LED;直接殺菌;創新

一、UV-C與紫外線的區別

紫外線是電磁波，波長小于可見光。地球表面的大多數紫外線來自太陽輻射。紫外線是一種有害的光，它可以被皮膚吸收和DNA損傷。當紫外線進入人體或機體時，機體就會發生變化。各種紫外線有不同的生理作用。根據紫外線對生物學的影響，過程中它們可分為幾個范圍。

黑斑紫外線（UV-A）介于320到400納米之間，紅斑紫外線或保健輻射（UV-B）介于280到320納米之間，殺菌紫外線（UV-C）介于200到200納米之間。它處于320納米波段。引起臭氧的紫外線（UV-D）在180-200納米范圍內。

UV-C區域中的紫外線具有短波長和高能量，可以有效殺死有害生物。這種特殊形式的紫外線可以穿透病毒，細菌，真菌和塵螨的細胞膜，攻擊并殺死DNA。

丹麥醫生尼爾斯·盧貝里·芬森（NielsLubéryFinsen）在發現紫外線可用于治療結核病后，于1903年獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。從那時起，UV-C射線已在衛生治療中使用了100多年。

二、UV-C技術發展創新

當前，大多數深紫外線燈都基于汞。它們對環境有害，體積大且效率低。由邢慧麗和Debdeep Jena領導的康奈爾大學研究團隊與圣母大學的研究人員在設計更小，更環保的深線照明方面取得了突破。

相關工作使用了受原子水平控制的氮化鎵（GaN）單分子膜和氮化鋁（AlN）有源區，以創建一種能夠發射波長為232至270納米的深紫外光的LED。使用氮化鎵作為發光材料，這種232納米的深紫外線記錄了人類發出的最短波長的光。之前的記錄是日本團隊創造的239nm。用于提高UV LED燈的效率。

當前，UV LED面臨的主要挑戰是效率，這可以從三個方面進行衡量：

（1）注入效率，電子通過器件進入有源區的百分比。

（2）內部量子效率（IQE），是有源區中所有產生光子或紫外線的電子的百分比。

（3）光萃取效率，即在有源區域中產生的光子的比率，這些光子可以從設備中提取出來，并且確實有用。

三、深紫外LED技術應用

1.紫外線固化光源

紫外線固化技術具有320nm至400nm的波長范圍，并且是引起輻射交聯反應的化學過程，該輻射交聯反應通過將紫外線照射到有機涂層上而將低分子量物質固化為高分子量物質。

例如，UV粘合劑在制造業中的廣泛應用為UV LED固化光源帶來了市場。蘋果使用紫外線粘合劑覆蓋傳感元件以保護它們免受紫外線傷害，并使用紫外線LED代替傳統的紫外線汞。作為固化光源，該燈由Apple提供動力，以促進UV LED市場的快速增長。

其他被忽略的指甲市場在UV LED指甲固化燈方面擁有更廣泛的市場應用。相關調查顯示，中國人均美甲消費量是人均美甲的10.7倍，美甲產品和美甲服務正在成為美容行業快速發展的經濟增長點。隨著國內美甲店數量的迅速增加，UV LED指甲固化燈越來越受歡迎。它們具有節能，環保，安全，便攜，響應速度快，固化時間短等優點，在很大程度上取代了傳統的水銀燈指甲固化燈。將來，UVLED指甲光療燈在指甲行業的應用市場中值得期待。

2.醫用紫外線療法

紫外線處理的波長范圍是275nm-320nm。原理是光能引發一系列的化學反應，具有消炎，止痛和病的作用。它通常用于治療化膿性皮膚炎癥和其他皮炎，疼痛綜合癥。

在310?313nm波長范圍內的紫外線被稱為窄帶紫外線（NBUVB），起效時間短，起效快和其他特性已成為最受歡迎的研究主題之一，尤其是使用LED作為光源的光療設備，這是當前醫學領域的研究熱點。LED具有高效，低功耗，發熱少，壽命長，環保等特點，因此在光療領域被廣泛用作高效安全的光源。

3.紫外線通訊

紫外線通信是一種以大氣散射和吸收為基礎的無線電通信技術。其基本原則是利用太陽盲區頻譜作為發射信號的載體和調制平臺和加載到紫外線介質。調頻后，高頻紫外信號通過大氣散射傳播，最后通過紫外線傳播。

通過光電轉換和解碼，建立接收和跟蹤以及檢索信息的光學通信渠道。紫外線在大氣層中的影響改變了紫外線能量傳輸方向，這為紫外線的擴散奠定了基礎，但由于吸收的減弱，紫外線在一定距離內傳播。紫外線通信是一種以大氣散射和吸收為基礎的無線電通信技術。紫外線通信特別適用于復雜條件下的短距離保密通信。UV-LED目前用于遠程信號傳輸，UV-LED應用程序目前可以形成功率增高柵格形式，這增加了UV通信傳輸距離。

4.心臟外部的LED恒定

深紫外LED常數的波長范圍是200nm-280nm。殺菌的原理是達到殺菌的目的，使細菌不會通過破壞微生物的DNA結構而死亡或繁殖。純物理殺菌，無毒，無殘留，無異味，非常簡潔高效，因此具有廣泛的應用范圍。由于最初的流行病對公眾的影響，人們對日常生活的健康意識不斷提高。將來，地表/空氣殺菌和凈化，水凈化和自來水殺菌將成為深紫外線LED。

5.油煙的光解和氧化凈化技術

光解氧化和煙道凈化工藝的原理是，使用185nm特殊紫外線燈切割油分子鏈，形成小的油分子。同時，特種紫外線輻射對空氣中的氧產生反應，產生臭氧，從而降低了油分子，氧化能產生水、二氧化碳和少量的白色粉末。同時，煙霧中所含的有機物質因光解而氧化，并消除煙道特有的氣味，消除根源，以確保排放不受污染。

光解氧化油煙凈化技術的優點如下。處理流程短，可以在通風櫥中處理。從氧化的油煙氣中分解有害物質，去除油煙味，進行消毒和滅菌，無油污，無需維護，消除火災隱患，使用壽命長，運行成本低，無噪音，操作簡單，凈化效率高，安裝簡單，無生產，二次污染，易于管理，無需專人管理。

6.光催化空氣凈化技術

光催化劑是一種具有光電催化作用、二氧化鈦納米的光電半導體材料的總稱。它覆蓋著主要材料的表面，并在紫外線和可見光的作用下產生強烈的催化分解。它可以有效地分解空氣中有害氣體和有害氣體。它可以有效地殺死各種細菌，分解和解毒細菌或真菌釋放的毒素，并發揮去除甲醛、除臭的作用，污染控制和空氣凈化。（1）空氣凈化：處理影響人類健康的甲醛、苯、氨、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物和其他有害有機物質。（2）殺菌：對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌作用。它還可分解細菌在滅菌過程中釋放出來的有害化合物。（3）去除氣味：去除香煙、廁所、垃圾和動物的氣味，除此之外，它還有效地防止霉菌、銹病、堿金屬硫、銹病和涂料的著色。（4）凈化：具有水凈化功能和有機有害物質，表面超親水性，防霧，易于清洗和干燥。

7. UVLED植物照明

由于缺少紫外線光譜中的成分，傳統的農業種植在作物生長和品質方面存在某些缺陷。調查植物生長的秘密表明，UVLED對作物生長具有非常明顯的作用，例如改善植物抗性。氧化物含量，增加藥物中次生代謝產物的積累，促進花葉和花瓣等有色物質的合成和積累，節能環保，發光光源，壽命長，體積小，光質純正，發光效率高，波長種類豐富， UVLED的顯著優勢，例如容易的光譜能量組合和便捷的調制，使UVLED在植物工廠領域取得了突破。在國家明確致力于整合發展，減輕日益嚴重的糧食危機和其他7個關鍵領域的示范，UVLED作為7個關鍵開發領域的“ LED節能光源”，在植物工廠領域至關重要而且植物照明的市場前景令人振奮。

結論

現如今深紫外線LED殺菌燈引起了公眾的關注。嗅覺敏銳的企業家爭相推出新的深紫外線殺菌燈，以占領市場份額。隨著技術的進步，市場的擴展和產業的發展，UV LED的市場前景變得越來越廣闊。

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