深紫外LED技术应用研究

田文玉 张秀雯 武艳玲

摘 要：现如今，UV LED今年已成功获得普及，并已出现在UVA，UVB和UVC等各自的应用中。然而，UVB LED的应用范围相对较小，UVC/UVA LED凭借其直接和间接的杀菌和净化功能而受到越来越多的关注，尤其是随着全球时尚的普及，UVC/UVA LED市场已经进入了快速发展的时期。将来，预计LED市场将分为两部分：用于普通照明的可见光LED和具有先进创新的深紫外LED。由于深紫外LED的发光效率和光输出通常低于可见光LED，因此深紫外LED的发展具有重要的研究意义。

关键词：深紫外LED;直接杀菌;创新

一、UV-C与紫外线的区别

紫外线是电磁波，波长小于可见光。地球表面的大多数紫外线来自太阳辐射。紫外线是一种有害的光，它可以被皮肤吸收和DNA损伤。当紫外线进入人体或机体时，机体就会发生变化。各种紫外线有不同的生理作用。根据紫外线对生物学的影响，过程中它们可分为几个范围。

黑斑紫外线（UV-A）介于320到400纳米之间，红斑紫外线或保健辐射（UV-B）介于280到320纳米之间，杀菌紫外线（UV-C）介于200到200纳米之间。它处于320纳米波段。引起臭氧的紫外线（UV-D）在180-200纳米范围内。

UV-C区域中的紫外线具有短波长和高能量，可以有效杀死有害生物。这种特殊形式的紫外线可以穿透病毒，细菌，真菌和尘螨的细胞膜，攻击并杀死DNA。

丹麦医生尼尔斯·卢贝里·芬森（NielsLubéryFinsen）在发现紫外线可用于治疗结核病后，于1903年获得了诺贝尔生理学或医学奖。从那时起，UV-C射线已在卫生治疗中使用了100多年。

二、UV-C技术发展创新

当前，大多数深紫外线灯都基于汞。它们对环境有害，体积大且效率低。由邢慧丽和Debdeep Jena领导的康奈尔大学研究团队与圣母大学的研究人员在设计更小，更环保的深线照明方面取得了突破。

相关工作使用了受原子水平控制的氮化镓（GaN）单分子膜和氮化铝（AlN）有源区，以创建一种能够发射波长为232至270纳米的深紫外光的LED。使用氮化镓作为发光材料，这种232纳米的深紫外线记录了人类发出的最短波长的光。之前的记录是日本团队创造的239nm。用于提高UV LED灯的效率。

当前，UV LED面临的主要挑战是效率，这可以从三个方面进行衡量：

（1）注入效率，电子通过器件进入有源区的百分比。

（2）内部量子效率（IQE），是有源区中所有产生光子或紫外线的电子的百分比。

（3）光萃取效率，即在有源区域中产生的光子的比率，这些光子可以从设备中提取出来，并且确实有用。

三、深紫外LED技术应用

1.紫外线固化光源

紫外线固化技术具有320nm至400nm的波长范围，并且是引起辐射交联反应的化学过程，该辐射交联反应通过将紫外线照射到有机涂层上而将低分子量物质固化为高分子量物质。

例如，UV粘合剂在制造业中的广泛应用为UV LED固化光源带来了市场。苹果使用紫外线粘合剂覆盖传感元件以保护它们免受紫外线伤害，并使用紫外线LED代替传统的紫外线汞。作为固化光源，该灯由Apple提供动力，以促进UV LED市场的快速增长。

其他被忽略的指甲市场在UV LED指甲固化灯方面拥有更广泛的市场应用。相关调查显示，中国人均美甲消费量是人均美甲的10.7倍，美甲产品和美甲服务正在成为美容行业快速发展的经济增长点。随着国内美甲店数量的迅速增加，UV LED指甲固化灯越来越受欢迎。它们具有节能，环保，安全，便携，响应速度快，固化时间短等优点，在很大程度上取代了传统的水银灯指甲固化灯。将来，UVLED指甲光疗灯在指甲行业的应用市场中值得期待。

2.医用紫外线疗法

紫外线处理的波长范围是275nm-320nm。原理是光能引发一系列的化学反应，具有消炎，止痛和病的作用。它通常用于治疗化脓性皮肤炎症和其他皮炎，疼痛综合症。

在310〜313nm波长范围内的紫外线被称为窄带紫外线（NBUVB），起效时间短，起效快和其他特性已成为最受欢迎的研究主题之一，尤其是使用LED作为光源的光疗设备，这是当前医学领域的研究热点。LED具有高效，低功耗，发热少，寿命长，环保等特点，因此在光疗领域被广泛用作高效安全的光源。

3.紫外线通讯

紫外线通信是一种以大气散射和吸收为基础的无线电通信技术。其基本原则是利用太阳盲区频谱作为发射信号的载体和调制平台和加载到紫外线介质。调频后，高频紫外信号通过大气散射传播，最后通过紫外线传播。

通过光电转换和解码，建立接收和跟踪以及检索信息的光学通信渠道。紫外线在大气层中的影响改变了紫外线能量传输方向，这为紫外线的扩散奠定了基础，但由于吸收的减弱，紫外线在一定距离内传播。紫外线通信是一种以大气散射和吸收为基础的无线电通信技术。紫外线通信特别适用于复杂条件下的短距离保密通信。UV-LED目前用于远程信号传输，UV-LED应用程序目前可以形成功率增高栅格形式，这增加了UV通信传输距离。

4.心脏外部的LED恒定

深紫外LED常数的波长范围是200nm-280nm。杀菌的原理是达到杀菌的目的，使细菌不会通过破坏微生物的DNA结构而死亡或繁殖。纯物理杀菌，无毒，无残留，无异味，非常简洁高效，因此具有广泛的应用范围。由于最初的流行病对公众的影响，人们对日常生活的健康意识不断提高。将来，地表/空气殺菌和净化，水净化和自来水杀菌将成为深紫外线LED。

5.油烟的光解和氧化净化技术

光解氧化和烟道净化工艺的原理是，使用185nm特殊紫外线灯切割油分子链，形成小的油分子。同时，特种紫外线辐射对空气中的氧产生反应，产生臭氧，从而降低了油分子，氧化能产生水、二氧化碳和少量的白色粉末。同时，烟雾中所含的有机物质因光解而氧化，并消除烟道特有的气味，消除根源，以确保排放不受污染。

光解氧化油烟净化技术的优点如下。处理流程短，可以在通风橱中处理。从氧化的油烟气中分解有害物质，去除油烟味，进行消毒和灭菌，无油污，无需维护，消除火灾隐患，使用寿命长，运行成本低，无噪音，操作简单，净化效率高，安装简单，无生产，二次污染，易于管理，无需专人管理。

6.光催化空气净化技术

光催化剂是一种具有光电催化作用、二氧化钛纳米的光电半导体材料的总称。它覆盖着主要材料的表面，并在紫外线和可见光的作用下产生强烈的催化分解。它可以有效地分解空气中有害气体和有害气体。它可以有效地杀死各种细菌，分解和解毒细菌或真菌释放的毒素，并发挥去除甲醛、除臭的作用，污染控制和空气净化。（1）空气净化：处理影响人类健康的甲醛、苯、氨、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物和其他有害有机物质。（2）杀菌：对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌作用。它还可分解细菌在灭菌过程中释放出来的有害化合物。（3）去除气味：去除香烟、厕所、垃圾和动物的气味，除此之外，它还有效地防止霉菌、锈病、碱金属硫、锈病和涂料的着色。（4）净化：具有水净化功能和有机有害物质，表面超亲水性，防雾，易于清洗和干燥。

7. UVLED植物照明

由于缺少紫外线光谱中的成分，传统的农业种植在作物生长和品质方面存在某些缺陷。调查植物生长的秘密表明，UVLED对作物生长具有非常明显的作用，例如改善植物抗性。氧化物含量，增加药物中次生代谢产物的积累，促进花叶和花瓣等有色物质的合成和积累，节能环保，发光光源，寿命长，体积小，光质纯正，发光效率高，波长种类丰富， UVLED的显着优势，例如容易的光谱能量组合和便捷的调制，使UVLED在植物工厂领域取得了突破。在国家明确致力于整合发展，减轻日益严重的粮食危机和其他7个关键领域的示范，UVLED作为7个关键开发领域的“ LED节能光源”，在植物工厂领域至关重要而且植物照明的市场前景令人振奋。

结论

现如今深紫外线LED杀菌灯引起了公众的关注。嗅觉敏锐的企业家争相推出新的深紫外线杀菌灯，以占领市場份额。随着技术的进步，市场的扩展和产业的发展，UV LED的市场前景变得越来越广阔。

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