LED UV lempos pirmauja kuriantultravioletinė (UV) šviesatechnologija, kuri pakeitė įvairias pramonės šakas, įskaitant gamybą ir sveikatos priežiūrą. LED UV lempos užtikrina aplinkos apsaugą, tikslumą ir energijos vartojimo efektyvumą, priešingai nei įprastos gyvsidabrio{1}}UV lempos. Tačiau kaip tiksliai veikia šios programėlės? Šiame puslapyje išsamiau aprašomas LED UV lempų mokslas, dalys ir naudojimas, pateikiamas išsamus jų veikimo paaiškinimas.
Išmanyti UV šviesos ir LED pagrindus
Kas yra UV šviesa?
Ultravioletinė šviesa, kurios bangos ilgis yra nuo 10 iki 400 nanometrų, yra tam tikra elektromagnetinė spinduliuotė, kuri yra ilgesnė už rentgeno spindulius, bet trumpesnė už matomą šviesą. Pagal bangos ilgį jis skirstomas į tris tipus:
UVA: ilgosios{0}bangos UV, naudinga rauginimui, kietėjimui ir tam tikram sterilizavimui (315–400 nm).
UVB: vidutinės -bangos UV spinduliai, susiję su odos nudegimais ir ribotai naudojami pramonėje (280–315 nm).
UVC (100–280 nm): trumpųjų{2} bangų UV spinduliai, kurie labai gerai veikia baktericidiniais ir dezinfekavimo tikslais.
UV spinduliuotė yra būtina atliekant tokias procedūras kaip polimerų kietėjimas, paviršių sterilizavimas ir vandens valymas, nes ji gali sutrikdyti cheminius ryšius ir inicijuoti fotochemines reakcijas.
Kaip šviesą gamina šviesos diodai
Puslaidininkiniai įtaisai, vadinami šviesos{0}}diodais (LED), skleidžia šviesą, kai jais teka elektros srovė. Kai puslaidininkinėje medžiagoje esantys elektronai rekombinuojasi su elektronų skylėmis, energija išsiskiria fotonų pavidalu – procesas žinomas kaip elektroliuminescencija. Puslaidininkio juostos tarpo energija, kurią lemia jo medžiagos sudėtis, lemia išleidžiamos šviesos bangos ilgį (spalvą).
UV šviesos diodai naudoja specialias medžiagas, tokias kaip aliuminio galio nitridas (AlGaN), kad sukurtų ultravioletinių bangų ilgį, o tradiciniai šviesos diodai skleidžia matomą šviesą.
UV vamzdžių mokslas šviesos dioduose
Keli UV šviesos diodai, išdėstyti tiesine matrica cilindriniame vamzdyje, yra žinomi kaipLED UV lempos. Jų veikimo pagrindas yra trys pagrindinės idėjos:
a. Bandgap inžinerija ir puslaidininkinės medžiagos
Šviesos diodo puslaidininkinė medžiaga turi turėti juostos tarpo energiją, kuri atitiktų UV bangos ilgį, kad galėtų skleisti UV šviesą. Pavyzdžiui:
UVA šviesos diodams (365–405 nm) naudokite AlGaN arba indžio galio nitridą (InGaN).
UVC šviesos diodai (250–280 nm): reikia tiksliai sumaišyti didelio -grynumo aliuminio nitrido (AlN) arba AlGaN.
Puslaidininkio elementų santykis gali būti pakeistas, kad būtų galima valdyti juostos tarpą. Įmanomi trumpesni UV bangos ilgiai, pavyzdžiui, padidinus AlGaN juostos tarpą, kai didėja aliuminio kiekis.
b. UV LED elektroliuminescencija
Kai šviesos diodas gauna įtampą:
P-tipo puslaidininkinis sluoksnis elektronus priima iš n-tipo puslaidininkinio sluoksnio.
Elektronai ir skylės rekombinuoja sandūroje, dar vadinamoje aktyvia zona.
Fotonai yra energija, kurią išskiria ši rekombinacija.
Fotonai, kurie išsiskiria iš UV šviesos diodų, turi ultravioletinių bangų ilgį. Tačiau dėl šilumos gamybos ir medžiagų trūkumų sunku pasiekti efektyvų UV spinduliavimą.
c. Fosforo konvertavimas (UVA taikymui)
Fosforo dangas naudoja tam tikri UV šviesos diodai, norėdami paversti trumpesnius bangos ilgius (pvz., UVC) į ilgesnius UVA bangos ilgius. Tai būdinga kietėjimo reikmėms, kai dažuose ar dervose esantys fotoiniciatoriai turi būti aktyvuojami tam tikru bangos ilgiu.
Esminiai LED UV vamzdžių elementai
Tipiški LED UV vamzdžio komponentai yra: a. UV LED lustai
Ant pagrindo yra daug puslaidininkinių lustų. Vamzdžio intensyvumą ir homogeniškumą lemia jų tankis ir vieta.
c. Šilumos kriauklė
Veikdami UV šviesos diodai išskiria daug šilumos. Ši šiluma išsklaidoma per radiatorių, dažniausiai pagamintą iš aliuminio, kad būtų prailgintas eksploatavimo laikas ir išvengta efektyvumo praradimo.
d. Vairuotojo grandinė
paverčia gaunamą kintamosios srovės elektros energiją į nuolatinę įtampą, kurios reikia šviesos diodams. Pritemdymas, impulsinis veikimas ir bangos ilgio derinimas yra įmanomi dėl pažangių tvarkyklių.
d. Prieglauda
Šviesos diodai yra įtraukti į kvarcinį arba lydyto silicio dioksido vamzdelį, kuris praleidžia UV šviesą ir apsaugo juos nuo drėgmės ir dulkių.
e. Akiniai
UV šviesa gali būti sufokusuota arba išsklaidyta, kad tiktų tam tikram naudojimui (pvz., siauri spinduliai tiksliam kietėjimui).
Privalumai, palyginti su įprastomis UV lempomis
LED UV lempos daugeliu atžvilgių veikia geriau nei tradicinės gyvsidabrio lempos.
a. Greito įjungimo/išjungimo funkcija
Priešingai nei gyvsidabrio lempoms, kurioms reikia laiko sušilti, šviesos diodai greitai pasiekia maksimalų intensyvumą. Dėl to paketinės procedūros tampa produktyvesnės.
a. Energijos naudojimo efektyvumas
Priešingai nei gyvsidabrio lempos, kurios apie 10–15 % elektros energijos paverčia UV šviesa, šviesos diodai paverčia apie 40–50 %.
c. Mercury-nemokama
pašalina gyvsidabrio išmetimo keliamus pavojus žmonių sveikatai ir aplinkai.
d. Bangos ilgio specifiškumas
Šviesos diodų skleidžiamos siauros spektrinės smailės leidžia tiksliai nukreipti patogenus ar fotoiniciatorius.
e. Ilgas gyvenimas
Gyvsidabrio lempų tarnavimo laikas yra 1000–5000 valandų, tuo tarpuLED UV lempostarnavimo laikas yra 10 000–50 000 valandų.
LED UV vamzdžių pritaikymas a. UV kietėjimas
naudojamas greitai polimerizuoti medžiagas klijuose, dangose ir spausdinant. Pavyzdžiui:
3D spausdinimas: UVA spinduliuotė sukelia UV dervų sukietėjimą.
Pakuotė: rašalas sukietinamas ant maistui{0}}saugių substratų, naudojant LED UV lempas.
b. Dezinfekavimas ir sterilizavimas
Bakterijų, virusų ir grybų DNR ir RNR sunaikina UVC šviesos diodai (260–280 nm). Tarp programų yra:
Nenaudojant cheminių medžiagų, vandens valymas padaro mikrobus neaktyvius.
Medicinos prietaisai: Sterilizuoja paviršius ir chirurginius instrumentus.
b. Inspekcija ir teismo ekspertizė
UV šviesa gali atskleisti medžiagų gedimus, padirbtus grynuosius pinigus arba pirštų atspaudus.
d. Sodininkystė
UVA ir UVB spinduliai skatina augalų vystymąsi ir didina fitocheminių medžiagų sintezę.
Sunkumai ir apribojimai
a. Šilumos valdymas
Didelės{0}}galios UV šviesos diodų gaminama šiluma sutrumpina jų tarnavimo laiką ir efektyvumą. Šiuolaikinės aušinimo sistemos yra būtinos.
b. Kaina
Nors jie tampa pigesni, UV šviesos diodai vis dar yra brangesni nei gyvsidabrio lempos.
c. Intensyvumo apribojimai
Techniškai vis dar sunku pasiekti didelio{0}}intensyvumo UVC spinduliavimą.
Būsimi modeliai
Miniatiūrizavimas: nešiojami įtaisai su mažais UV šviesos diodais.
IoT{0}}įgalinti vamzdžiai su stebėjimu realiuoju laiku{1}}yra išmaniųjų sistemų pavyzdžiai.
Retų puslaidininkiuose naudojamų medžiagų perdirbimas yra vienas iš ekologiškos gamybos pavyzdžių.
LED UV lempos, kuriose derinamas tvarumas, tikslumas ir efektyvumas, yra reikšminga UV technologijos pažanga. Naudojant puslaidininkių fiziką ir sudėtingą inžineriją, galima pritaikyti nuo pramoninio kietėjimo iki gyvybę tausojančio sterilizavimo{1}. LED UV sistemos yra skirtos išstumti įprastas lempas įvairiuose sektoriuose, nes tęsiami sąnaudų ir šiluminių problemų tyrimai, atveriantys kelią švaresnei ir efektyvesnei ateičiai.
https://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv-light-black-lights-proof-led.html
