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和汞灯比比,才发现UV LED灯居然这么好!

  紫外辐射是指波长小于紫光波长的一定范围的电磁辐射,波长范围100~380 nm,可划分为长波紫外(UVA,315~380 nm)、中波紫外(UVB,280~315 nm)、短波紫外(UVC,200~280 nm)、真空紫外(VUV,100~200 nm)4个波段,相应的紫外光源分别称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。

  长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等,它们主要应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯,它具有红斑效应和保健作用,一般适用于医疗保健。而短波紫外光源包括热阴极和冷阴极低压汞灯,主要用于消毒杀菌、荧光分析及光化学等方面。

  热阴极低压汞灯是目前生产和应用量最大的紫外光源,在空气、饮用水和废水杀菌方面得到广泛使用。真空紫外光源主要有氘灯和氙准分子灯等,应用于光电子能谱仪的激发、臭氧发生、真空紫外波长标准和光清洗。

  由于以AlGaN为代表的宽禁带半导体发光材料的快速进步,近年紫外LED获得了迅速的发展,辐射效率和功率密度得到了很大的提高。UVA-LED辐射效率高,价格已降至合适的水平,已进入主流应用。UVB和UVC波段的紫外LED辐射效率还不高,价格昂贵,尚处于研究开发阶段。

  汞蒸气放电光源以其技术成熟、价格低廉的特点,特别是低压汞灯的辐射效率很高,在今后5~10年内仍将得到广泛应用。以下介绍低压汞灯、中压汞灯和微波无极紫外灯的特性和优缺点,并与紫外LED对比后预测了其发展前景。

  低压汞灯

  低压汞灯即低气压汞蒸气放电灯,是由汞蒸气受高能电子碰撞电子激发而发出以254 nm和185 nm为主的的紫外共振辐射。它的辐射原理是:对不同管径的灯,在最佳汞蒸气压下(外径38 mm的T12灯为0.8 Pa,外径7 mm的T2灯为1.6 Pa),汞蒸气在电场中放电,汞原子的最外层电子从基态被激发到激发态,当其由激发态返回到基态时辐射出254,185 nm紫外光子。

  低压汞灯的光谱分布近似为线光谱。石英玻壳对254 nm透射率可高达90%以上,而普通玻璃不透射254 nm紫外光。随电流密度的不同,低压汞灯的254 nm紫外辐射效率可达35%~60%,185 nm辐射效率可达5%~15%,是目前辐射效率最高的气体放电光源。

  185 nm真空紫外辐射在空气中的传输距离很短,在毫米量级的距离内即被氧分子吸收,氧分子分解成氧原子并进一步反应生成臭氧。所以185 nm辐射是很好的臭氧激发源,其优点是既能高效产生臭氧,又不会生成氮氧化合物等其他有害气体。另外,185 nm光子的高能量,能够打开大部分有机物的化学键,可以应用在半导体和平板显示器生产线的光清洗工艺中,作为氙准分子灯的低成本替代方案。低压汞灯的典型发射光谱如图1所示。

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