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新兆光电-关于 UV LED 杀菌:还有多少人犯低级错误认识

      紫外线消毒属于物理消毒方法,紫外线并不能直接杀死微生物,而是通过破坏微生物的繁殖能力进行灭活。微生物受到紫外线的照射时,其遗传物质核酸DNA和RNA大量吸取紫外线的能量而被摧毁,失去分裂复制能力,最后自然死亡或是被免疫系统消灭,而失去对人体的致病能力。

  如图电磁波谱所示,人眼可见的光谱范围一般为400-700nm,波长大于100nm、小于400nm的电磁波就称之为紫外线。原子或分子外层电子获得能量后受激发越迁到激发态,电子在激发态不能稳定停留而向基态跃迁,在此过程中以光子的形式辐射出能量,即紫外线。

  按紫外线的生物效应可将紫外线按波长从高到低划分为以下四个波段:

  UV-A(400-315nm):也称为黑光,波长最长,能量最低,占有自然界紫外光的最大份额。能引起皮肤的色素沉淀产生黑斑,故又称致黑斑紫外线;

  UV-B(315-280nm):是自然界紫外光中最具破坏性的部分,会导致皮肤晒伤,产生红斑,部分可被大气臭氧层吸收,又称致红斑紫外线;

  UV-C(280-200nm):全部被大气层吸收,通常只能用人造光源生成。用于杀菌消毒的是波段中波长为的紫外线。

  真空紫外线(200-100nm):无法进入大气层,存在于太空中。

  如图所示,从图中可以看出遗传物质核酸DNA和RNA对紫外线吸收光谱的范围为250-280nm,传统低压汞灯的发光谱线主要有254nm和185nm两条,因此当紫外灯波长为254nm时,核酸对紫外线有最大吸收,即杀菌效果最好。

随着由白光LED固态照明引发的第三次照明革命的火热进行,人们逐渐将研究重心转向以高Al组分族氮化物为结构材料的紫外LED。紫外LED在医疗、杀菌、印刷、照明、数据存储、以及保密通信等方面都有重大应用价值。并且与汞灯和疝灯等传统气体紫外光源相比,UV LED具有强大的优势。

  紫外光源的诞生使得紫外线开始得到真正地应用。气体放电光源是深紫外LED诞生前传统紫外光源的主要形式。气体放电光源的光谱辐射范围覆盖紫外区域,效率最高为60%,寿命为100-1000小时。

  气体放电光源内部主要充的是氩气和汞蒸汽。按照汞蒸汽在灯管内的压力高低将汞灯分为低压、高压和超高压汞灯。根据使用电极的不同低压汞灯又可分为热阴极低压汞灯和冷阴极低压汞灯。热阴极汞灯是弧光放电灯,采用三元盐氧化物作阴极。冷热阴极汞灯属于辉光放电灯,采用纯金属作阴极。

  UVLED(紫外LED)的组成:由夹在较薄GaN三明治结构中给一个或多个InGaN量子阱组成,形成的有源区为覆层。通过改变InGaN量子阱中InN-GaN的相对比例,发射波长可由紫光变到其他光。AlGaN通过改变AlN比例能用于制作UVLED中的覆层和量子阱层,但这些器件的效率和成熟度较差。如果有源量子阱层是GaN,与之相对是InGaN或AlGaN合金,则器件发射的光谱范围为350~370nm。

  当蓝色InGaN发光二极管泵处短的电子脉冲时,则产生紫外线辐射。含铝的氮化物,特别是AlGaN和AlGaInN可以制作更短波长的器件,获得系列波长的UVLED。波长可达247nm的二极管已经商业化,基于氮化铝、可发射210nm紫外线辐射的LED已研制成功,250~270nm波段的UVLED也在大力研制中。

  新型紫外线输出光源UV LED,与汞灯和疝灯等传统气体紫外光源相比具有强大的优势,其主要特点如下:

  (1)开闭次数不影响使用寿命;而传统紫外光源汞灯的紫外线福射强度随着累计开启次数和点燃时间的增加而降低;

  (2)使用寿命长,超过20000小时,传统紫外光源的寿命为100-1000小时;

  (3)高效节能,传统紫外光源的光电转换效率最高位60%;

  (4)光谱集中,紫外光占所有光输出的98%以上,没有传统光源所附带的红外福射;

  (5)体积小,体积仅为0.1cm3,能随意组装成各种形式的灯阵,应用于不同需求;

  (6)主波峰狭窄单一:90%以上光输出集中在主波峰附近±10nm范围内;

  (7)直流低压驱动:适合便携UV设备;

  (8)输出功率稳定、连续可调;

  (9)瞬间出光:不需要预热时间,响应时间为微秒级;

  (10)环保:不含汞,无重金属污染。

  紫外线杀菌UV灯可发出波长为253.7nm的紫外线,最容易被细菌和病毒的蛋白质、核酸吸收,可使蛋白质发生变性离解,核酸中形成胸腺嘧啶二聚体,破坏各种病毒和细菌的DNA和RNA结构,从而在几秒时间内导致细菌和病毒死亡,杀菌效率高达99%,可以杀死其他消毒方法不能杀菌的细菌。

  (1)细菌类(超过18种),如:大肠肝菌、杆状菌、埃希氏菌、克吕二氏杆菌、肺结核菌、奈瑟氏球菌、沙门氏菌等;

  (2)霉菌类(超过8种),如:青霉菌、黑霉菌、毛霉菌、大粪真菌等;

  (3)滤过性病毒类(超过10种),如:肝炎病毒、流感病毒、小儿麻痹病毒等等。