慧聪净水网   新冠疫情让“消毒”成为高频词汇,75%浓度的酒精、84消毒液、免洗洗手液等消毒方式一次次被提及。而深紫外(UVC)LED作为新的消毒方式,也一跃成为当前的热点。它是否已经在此次疫情中发挥了重要作用?离产业化还有多远?

    深紫外LED崭露头角消毒杀菌优势明显

    紫外杀菌技术是医学上最常用和最古老的杀菌技术之一,迄今为止已有百余年的历史。据了解,根据波长,紫外波段从长到短,分为UVA、UVB和UVC,其中深紫外UVC是波长最短、能量最高的一个波段。在紫外波段里,具有直接杀菌消毒能力的波段就是UVC。

    尽管在此次疫情中尚无第三方检测实验室用深紫外杀灭新型冠状病毒的测试报告,但业内不少专业人士告诉记者,UVC针对细菌和病毒的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)有高效的杀灭作用,而新型冠状病毒属于RNA病毒。在实践中,对新型冠状病毒的UVC灭活剂量,还需要相关政府部门和科研机构的进一步实验才能明确,目前一般参照非典(SARS)病毒的灭活剂量。

    中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理段瑞飞介绍说,因为深紫外杀菌直接作用于细菌、病毒等病原微生物的DNA、RNA,因此,具有极佳的广谱杀菌特点,几乎能对所有的病毒、细菌微生物起到灭杀作用,效率非常高。

    青岛杰生电气有限公司的创始人、工程技术应用研究员张国华在接受《中国电子报》记者采访时表示,深紫外杀菌是一种物理破坏过程,也就是说它采用物理方式进行杀菌。与传统的化学杀菌方式完全不同,它的杀菌过程和效果不会像化学反应那样,受到温度、浓度等因素影响,而且病毒对紫外线不易产生抗体或耐受性,紫外线杀菌也不会产生任何副产物,因此紫外线杀菌更加有效、便捷、快速、环保。

    国家半导体照明工程研发及产业联盟理事长吴玲告诉《中国电子报》记者,深紫外LED主要是指波长在280nm以下的紫外光LED,它主要用在水和空气的净化、杀菌消毒以及生物探测等方面。吴玲表示,在此次新冠状病毒的疫情防控工作中,紫外LED杀菌消毒是被广泛认可的一种方式。此外,深紫外LED在公共卫生防疫方面的应用前景也受到广泛关注。

    据了解,在本次新冠疫情防控中,大致有三类深紫外LED产品用于医疗及家庭疫情防控。段瑞飞对记者说,由于紫外线对人眼和皮肤有一定伤害,因此,它主要用在环境和物品表面的消毒。一是表面杀菌消毒用具,如深紫外LED多功能杀菌仪,可用于各类公共设施、器具表面杀毒。二是生活类便携式杀菌器具,如深紫外LED便携式杀菌棒、深紫外LED杀菌盒,同时因产品具有充电重复使用和灵巧性、便携性等特点,在医护人员个人的手机、眼镜以及红外线体温计、听诊器、血压计袖套等物品消毒中广受欢迎,在家庭生活中,便携式杀菌盒在口罩重复使用消毒时发挥了独特的作用。三是深紫外LED空气杀菌净化类产品,如深紫外LED杀菌加湿器、除湿器、壁挂式紫外线消毒杀菌器对净化家居空间、公共环境起到了良好的保障作用。

    产业发展处于初期还需进一步完善成熟

    深紫外LED是本世纪初才发明的一项技术,目前还处于产品导入初期,辐射功率、辐射效率、寿命等方面都不尽如人意,还需进一步开展技术攻关,促进产品尽快完善成熟。且由于产品应用和推广方面受限于杀菌消毒效果不直观,替换现有低压汞灯产品又受到技术发展阶段的限制,所以普及起来并不容易。

    张国华认为,目前国内在研发及推广应用深紫外LED存在的问题之一是,没有适用于大规模生产深紫外LED材料生产的专用设备,即外延生长设备。而深紫外LED电光转换效率过低也是制约其发展的瓶颈之一。段瑞飞告诉记者,UVC波段深紫外LED商业化产品的电光转化效率基本在4%以下。导致这一问题从根本上来说是材料限制了发光效率,主要因素包括外延材料质量差、光吸收大、电注入效率低、光提取效率低等。他认为,从材料入手是解决深紫外LED问题的根本,深紫外LED效率提升的空间还很大,需要大量研发工作的支撑。

    复旦大学教授张善端认为,现在深紫外LED要想规模化商用,务必先提升产品的性能,最关键的参数是辐射效率,10%是第一道门槛。只有商用深紫外LED的辐射效率达到10%以上,才会真正启动规模应用;辐射效率达到20%,具备替代低压汞灯的能力。他给记者算了一笔账,深紫外LED的辐射效率太低,只有低压汞灯的1/10,而单位电功率的价格为低压汞灯的20倍,所以要获得相同的辐射功率,深紫外LED的成本是低压汞灯的200倍,在大功率杀菌场合完全无法使用。他举例说,电功率为320W的低压汞灯,辐射效率30%,紫外功率96W,价格500~1000元。深紫外LED的辐射效率3%,在紫外功率为96W时,需要电功率3200W,封装器件成本16万元,加上光学、驱动和散热,估计要20万元,成本是低压汞灯的200~400倍。

    深紫外LED的产品行业标准迟迟未出也是影响其前行的因素,“就如同一个新开放的自由市场,进入的人员很多,卖什么的都有,鱼目混珠,产品参差不齐,没有标准的约束是不可想象的,而摆在自由市场门口的公平秤是保证优胜劣汰的有效方式。因此,期望行业标准尽快出台。”张国华表示。

    认知得到大幅提升把握机遇实现突破

    深紫外LED的生产过程中不采用汞作为发光材料,属于无汞环保产品,符合联合国环境规划署制定的《水俣公约》条款。我国作为《水俣公约》主要缔约国之一,积极践行公约规定,禁汞步伐有序进行,这为深紫外LED发展提供了巨大的发展机遇。吴玲表示,此次疫情的发展,让大众对深紫外LED的公共卫生安全防疫方面有了更深入的了解,也让行业发掘了更多的应用场景和产品设计方向。

    张善端表示,深紫外LED作为LED家族制造难度非常大的一个门类,需要国家继续支持解决关键技术问题,鞭策企业开发出高辐射效率的产品。如果深紫外LED的效率能做到10%以上,应用会逐渐扩大,特别在食品、小型饮用水设备上,形成技术进步促进应用扩大,从而再推动技术继续进步的良性循环。张国华告诉记者,作为一项新兴的技术,市场的需求是技术发展的最大驱动力和加速器。目前生产企业传来的好消息是产品订单大幅增加,因此,深紫外LED的上下游企业和研发机构应紧紧抓住人们对消毒产品和卫生产品需求巨大的机会,利用一切可以利用的资源,实现快速发展,将深紫外LED做大做强。

    段瑞飞给出了产业做大做强的具体措施,他认为,以下三点是深紫外LED取得进一步发展的关键:一是加大技术攻关力度,从紫外LED产业的源头,层层突破,把产品的性能、可靠性等持续提升,逐步满足各种应用的需求,解决产业的基础技术瓶颈。

    二是加强行业内部的交流协作,整个产业链条上下游企业通力合作,让深紫外LED这个半导体光电领域的新制高点做到针对任何疫情病毒“来之能战,战之能胜”。

    三是及时完善行业标准,由研发机构、企业、联盟等牵头,布局标准化体系,逐步构建匹配深紫外LED规模市场的新的标准化体系,填补标准化空白,为产业未来的健康发展提供长久的动力和支持。

    作为产业联盟的负责人,吴玲希望广大相关从业企业和研究机构,能积极参与联盟工作,既要把握当下,又要立足长远,在开拓市场的同时,加强技术攻关与跨领域合作,以应用为导向,形成全产业链协同创新,提高产品品质,降低成本,为社会提供优质产品,继续为公共安全防疫、为大众美好生活贡献LED人的一份力量。针对疫情防控物资及科技的紧急需求,她建议相关企业本着科学、理智的态度,有条件的企业要根据自身特点,积极而审慎地开展相关紫外消毒、红外测温产品以及自动化生产装备、智能产品的研发和使用。

    

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