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高強度紫外線殺菌燈(下)

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疫情期間,如何在公共場合切斷病毒的傳播是重中之重,上半部分我們介紹了紫外線燈消毒的優點以及目前市場上紫外消毒光源在防疫中的不足,下半部分,我們將分享在射頻聚焦等離子激勵技術研發中取得的一些成果。如果想要了解上半部分的內容,請點擊→高強度紫外線殺菌燈(上)。


0射頻聚焦等離子激勵技術的突破和前景

高亮度的極紫外光源(10nm-121nm)是組成光電子能譜儀、光電離質譜和半導體光刻等高端設備的關鍵核心部件。目前普通實驗室中使用的極紫外光源普遍使用稀有氣體電離復合產生。此技術是20世紀80年代形成并發展起來的,是國外廠商普遍使用的激勵方法。稀有氣體電離復合時需要幾千至上萬伏的高壓,產生極紫外光的轉換效率低、光子能量單一、亮度不足。同時這種極紫外光源體積大、輸出不穩定、工作壽命短,近20年來這些缺點一直未能得到有效的解決。使得高亮度的極紫外光源成為高性能的光電子能譜儀、有機質譜儀、半導體光刻發展的關鍵性瓶頸。

為了解決當前稀有氣體電離極紫外光源的不足之處,滿足廣大科技工作者和測試計量單位日益增長的研究需求,團隊成員攻堅克難,經過2年多的努力,研發了新型高效射頻聚焦等離子激勵技術[11]。利用我們的射頻聚焦等離子技術開發的多氣體高輝度極紫外光源解決了長期以來實驗室極紫外光源能量單一、光通量低等問題,性能大幅超越國際現有產品。





該技術采用特殊設計的射頻場聚焦器,突破了傳統波導諧振腔體大小受波長特征尺寸的限制,形成毫米級的局域射頻場,極大的增強了局域場的電場強度。目前已成功開發的433MHz極紫外光源產品,單位長度的極紫外光功率輸出可以達到傳統方法的40倍,整體亮度比國外商業化的產品提高10倍以上。在國內外20多家高校研究所的前沿實驗室取得非常良好的使用和示范效果,并逐步取代國外長期壟斷的已有商業產品。這為開發UVC波段射頻聚焦紫外燈提供了扎實的技術積累。

05已開展的研究工作和預期成果
面對來勢洶洶的疫情,1月30日開始,團隊成員快速行動,積極探索高強度紫外線殺菌光源的解決方案,為抗擊疫情貢獻自己的力量。團隊成員借鑒射頻聚焦等離子激勵極紫外光源的發光原理,將稀有工作氣體換成少量的汞齊藥丸(5mg),成功的實現了以253.7nm占主導(85%以上)發光譜線發射。

預期指標:
● 光強:距離燈頭1米遠處,大于4000um/cm2;


● 時間:24V鋰電池,充滿電后7-8小時;


● 面積:單次覆蓋5m2-10m2;


● 照射時間:停留30s-60s徹底滅毒;



基于射頻聚焦等離子激勵技術的紫外線殺菌燈優點有:

1> 射頻場能量聚焦到毫米級,產生高電場強度高達109V/m,功率密度提到100倍以上,等離子密度相比傳統放電管高1-2數量級。

2> 使用高頻微波激發的等離子體中,能量主要轉移到原子的電子部分,紫外光轉換效率提高10倍以上,亮度高。

3> 易于實現大功率燈管,通量是目前紫外燈的20倍-100倍??梢詰糜诳焖贇⒕?,殺菌速率和應用空間體積大大提高。

4> 集成了先進的大功率半導體固態射頻源作為驅動,24V直流電壓驅動,無需電極和高壓,更安全可靠;

5> 燈泡體積最短可縮小到10mm(最長可達500mm),固態射頻源體積小、可鋰電池驅動、便攜,更易于集成到機器人等移動設備上。

6> 發光燈泡沒有電極,壽命達10000小時以上。

7> 大幅減少汞齊的使用量,減少環境污染。

未來,基于射頻聚焦等離子激勵技術的基礎,研發團隊將充分發揮自身優勢資源,全力以赴、攻堅克難,迅速開展高強度大面積高效固態射頻紫外殺菌光源產品的設計、優化及生產,以開發出用于醫院、學校、高鐵站等開闊空間的大面積快速殺菌滅毒的高強度紫外燈產品,結合智能機器人巡檢平臺,完成殺菌消毒等日??諝鈨艋ぷ?。有效切斷新型冠狀病毒在人群中的傳播途徑,為超負荷工作的醫生和高鐵工作人員節省精力和時間,減少醫患間交叉感染的風險,助力疫情防控。


參考文獻

[1] 國家衛生健康委員會統計信息中心疫情防控動態,http://www.nhc.gov.cn.
[2] 國家衛生健康委員會《新型冠狀病毒感染的肺炎公眾防護指南》,人民出版社,2020年.
[3] 紫外線殺菌燈《GB19258-2012》,中國國家標準化委員會,2012年.
[4] Hirayama Hideki, Jo Masafumi, Maeda Noritoshi, Kashima Yukio, Recent Progress in AlGaN‐Based Deep‐UV LEDs, DOI:10.5772/intechopen.79936,2017.
[5]https://www.kickstarter.com/projects/740978067/cleanty-worlds-smallest-and-most-powerful-uvc-led
[6] 醫療機構消毒技術規范《WS/T367-2012》,國家衛生健康委員會,2012年.
[7] 醫院空氣凈化管理規范《WS/T368-2012》,國家衛生健康委員會,2012年.
[8] Duan S M, Zhao X S, Wen R F, et al. Stability of SARS coronavirus in human specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation[J]. Biomed Environ Sci, 2003,16(3):246-255.
[9] Darnell M E, Taylor D R. Evaluation of inactivation methods for severe acute respiratory syndrome coronavirus in noncellular blood products[J]. Transfusion, 2006,46(10):1770-1777.
[10]Spiros Kitsinelis, Spyridon Kitsinelis,Light Sources: Basics of Lighting Technologies and Applications,CRC press,ISBN 9781138034044 - CAT# K31585,2017.
[11]發明專利201620355423.X《一種高效高亮度真空紫外光源裝置》,2016年.


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