لوله های UV LED چگونه کار می کنند؟

لامپ های LED UV پیشرو در توسعه هستنداشعه ماوراء بنفش (UV).فناوری که صنایع مختلف از جمله تولید و مراقبت های بهداشتی را متحول کرده است. لامپ‌های UV LED ایمنی، دقت و کارایی انرژی محیطی را برخلاف لامپ‌های معمولی مبتنی بر جیوه{1}} ارائه می‌کنند. با این حال، این گجت ها چقدر دقیق عمل می کنند؟ این صفحه بیشتر به علم، قطعات و کاربردهای لوله های UV LED می پردازد و توضیح مفصلی در مورد نحوه عملکرد آنها ارائه می دهد.

آشنایی با اصول نور UV و LED

نور UV چیست؟


با طول موج بین 10 تا 400 نانومتر، نور ماوراء بنفش نوعی تابش الکترومغناطیسی است که طولانی‌تر از اشعه ایکس- اما کوتاه‌تر از نور مرئی است. از نظر طول موج به سه نوع تقسیم می شود:

UVA: امواج بلند{0} UV، مفید برای برنزه کردن، پخت، و مقداری استریل کردن (315-400 نانومتر).

UVB: امواج متوسط{0} UV، که با سوختگی پوست مرتبط است و کاربرد صنعتی محدودی دارد (280-315 نانومتر).

UVC (100-280 نانومتر): موج کوتاه-UV که برای اهداف میکروب کشی و ضد عفونی کردن بسیار خوب عمل می کند.

اشعه ماوراء بنفش به دلیل توانایی آن در برهم زدن پیوندهای شیمیایی و شروع واکنش های فتوشیمیایی برای فرآیندهایی مانند پخت پلیمرها، استریل کردن سطوح و تمیز کردن آب ضروری است.
چگونه نور توسط LED ها تولید می شود

دستگاه‌های نیمه‌رسانا به نام دیودهای ساطع کننده نور (LED) هنگامی که جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌کند، نور آزاد می‌کنند. هنگامی که الکترون‌های موجود در مواد نیمه‌رسانا با حفره‌های الکترونی ترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون آزاد می‌شود، فرآیندی که به عنوان الکترولومینسانس شناخته می‌شود. انرژی شکاف نواری نیمه هادی که توسط ترکیب مواد آن دیکته می شود، طول موج (رنگ) نور آزاد شده را تعیین می کند.

LED های UV از مواد تخصصی مانند نیترید گالیم آلومینیوم (AlGaN) برای ایجاد طول موج های فرابنفش استفاده می کنند، در حالی که LED های سنتی نور مرئی تولید می کنند.

علم لوله های UV در LED

LED های UV متعددی که در یک آرایه خطی در داخل یک لوله استوانه ای چیده شده اند به عنوان شناخته می شوندلوله های LED UV. سه ایده اساسی زیربنای نحوه عملکرد آنها است:
الف مهندسی باند گپ و مواد نیمه هادی

مواد نیمه هادی در LED باید دارای انرژی باندی باشد که با طول موج UV مطابقت داشته باشد تا نور UV ساطع شود. به عنوان مثال:

از AlGaN یا نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای UVA LED (365-405 نانومتر) استفاده کنید.

LEDهای UVC (250-280 نانومتر): به دوپینگ دقیق نیترید آلومینیوم با خلوص بالا (AlN) یا AlGaN نیاز دارند.

نسبت عنصری نیمه هادی ممکن است برای کنترل فاصله باند تغییر کند. به عنوان مثال، با افزایش فاصله باند در AlGaN با افزایش مقدار آلومینیوم، طول موج کوتاه‌تر UV ممکن می‌شود.
ب UV LED electroluminescence

هنگامی که LED یک ولتاژ دریافت می کند:

لایه نیمه هادی نوع p{0}}الکترون ها را از لایه نیمه هادی نوع n- دریافت می کند.

الکترون‌ها و حفره‌ها در محل اتصال، که به عنوان منطقه فعال نیز شناخته می‌شود، دوباره ترکیب می‌شوند.

فوتون ها انرژی آزاد شده از این نوترکیب هستند.

فوتون هایی که از LED های UV منتشر می شوند دارای طول موج فرابنفش هستند. با این حال، تولید گرما و نقص مواد، دستیابی به انتشار موثر UV را دشوار می کند.
ج تبدیل فسفر (برای کاربردهای UVA)

پوشش های فسفر توسط LED های UV خاص برای تبدیل طول موج های کوتاه تر (مانند UVC) به طول موج های طولانی تر UVA استفاده می شود. این امر در کاربردهای پخت که در آن آغازگرهای نوری در جوهرها یا رزین‌ها باید توسط طول موج‌های خاصی فعال شوند، معمول است.

عناصر ضروری لوله های LED UV

اجزای معمول یک لوله UV LED عبارتند از: الف. تراشه های UV LED

بر روی یک بستر، تراشه های نیمه هادی زیادی قرار دارند. شدت و همگنی لوله با چگالی و محل قرارگیری آنها تعیین می شود.
ج هیت سینک

هنگام کار، LED های UV گرمای زیادی تولید می کنند. این گرما از طریق یک هیت سینک که معمولاً از آلومینیوم ساخته شده است، برای افزایش طول عمر و جلوگیری از کاهش کارایی دفع می شود.
د مدار راننده

الکتریسیته AC ورودی را به ولتاژ DC مورد نیاز LED ها تبدیل می کند. کاهش نور، عملکرد پالسی و تنظیم طول موج توسط درایورهای پیشرفته امکان پذیر شده است.
د پناه دادن

ال ای دی ها در یک لوله سیلیکا کوارتز یا ذوب شده قرار گرفته اند که به نور UV اجازه عبور می دهد و در عین حال از آنها در برابر رطوبت و گرد و غبار محافظت می کند.
ه. عینک

نور ماوراء بنفش را می توان متمرکز یا پخش کرد تا برای کاربردهای خاص مناسب باشد (به عنوان مثال، پرتوهای باریک برای پخت دقیق).

مزایا در مقایسه با لامپ های UV معمولی

لوله های LED UV از جهات مختلف بهتر از لامپ های جیوه ای سنتی عمل می کنند.
الف عملکرد روشن/خاموش فوری

برخلاف لامپ های جیوه ای که برای گرم شدن نیاز به زمان دارند، LED ها به سرعت به حداکثر شدت می رسند. در نتیجه رویه های دسته ای مولدتر می شوند.
الف بهره وری در مصرف انرژی

برخلاف لامپ های جیوه ای که حدود 10 تا 15 درصد انرژی الکتریکی را به نور UV تبدیل می کنند، LED ها حدود 40 تا 50 درصد را تبدیل می کنند.
ج جیوه-آزاد

خطرات ناشی از ریختن جیوه برای سلامت انسان و محیط زیست را برطرف می کند.
د ویژگی طول موج

پیک های طیفی باریک ساطع شده توسط LED ها امکان هدف گیری دقیق پاتوژن ها یا شروع کننده های نور را فراهم می کند.
ه. زندگی طولانی

طول عمر لامپ های جیوه بین 1000 تا 5000 ساعت است، در حالی کهلوله های LED UVطول عمر 10000 تا 50000 ساعت دارند.

کاربردهای لوله UV LED a. درمان UV

برای پلیمریزاسیون سریع مواد در چسب ها، پوشش ها و چاپ استفاده می شود. به عنوان مثال:

چاپ سه بعدی: اشعه UVA باعث جامد شدن رزین های UV می شود.

بسته بندی: جوهرها روی بسترهای ایمن مواد غذایی با استفاده از لامپ های UV LED خشک می شوند.

ب ضد عفونی و استریلیزاسیون

باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها همگی DNA و RNA خود را توسط UVC LED (260-280 نانومتر) از بین می‌برند. از جمله برنامه های کاربردی عبارتند از:

بدون استفاده از مواد شیمیایی، تصفیه آب میکروب ها را غیرفعال می کند.

تجهیزات پزشکی: سطوح و ابزار جراحی را استریل می کند.

ب بازرسی و پزشکی قانونی

اشعه ماوراء بنفش می تواند عیوب مواد، پول نقد تقلبی یا اثر انگشت را آشکار کند.
د باغبانی

اشعه های UVA و UVB باعث رشد گیاهان و افزایش سنتز فیتوکمیکال ها می شود.

دشواری ها و محدودیت ها

الف کنترل حرارت

گرمای تولید شده توسط ال‌ای‌دی‌های پرقدرت{0} UV طول عمر و کارایی آنها را کاهش می‌دهد. سیستم های خنک کننده مدرن ضروری هستند.
ب قیمت

اگرچه قیمت آنها کمتر می شود، اما LED های UV هنوز هم گران تر از لامپ های جیوه ای هستند.
ج محدودیت در شدت

انتشار UVC با شدت بالا از نظر فنی هنوز دشوار است.

الگوهای آینده

کوچک سازی: ابزارهای قابل حمل با LED های UV کوچک.

لوله‌های مجهز به اینترنت اشیاء{0}}با نظارت{1}زمان واقعی نمونه‌هایی از سیستم‌های هوشمند هستند.

بازیافت مواد کمیاب مورد استفاده در نیمه هادی ها یکی از نمونه های تولید سازگار با محیط زیست است.

لوله های LED UVکه ترکیبی از پایداری، دقت و کارایی هستند، پیشرفت قابل توجهی در فناوری UV هستند. کاربردهای مختلف از پخت صنعتی گرفته تا استریل کردن{1}} صرفه جویی در زندگی با استفاده از فیزیک نیمه هادی و مهندسی پیچیده امکان پذیر شده است. با ادامه تحقیقات در مورد مسائل مربوط به هزینه و حرارت، سیستم‌های LED UV جایگزین لامپ‌های معمولی در بخش‌های مختلف می‌شوند و راه را برای آینده‌ای پاک‌تر و مؤثرتر هموار می‌کنند.

https://www.benweilight.com/professional-lighting/uv-lighting/uv{4}}سبک-سیاه-چراغ‌ها-ضد آب-led.html