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UV紫外线辐射特性与益处三昆半导体清洗固化

发布时间:2023-04-21 人气:1,822

UV紫外线辐射特性与益处三昆半导体清洗固化

历史简述

德国物理学家JohannWilhelmRitter在1801年发现了UV辐射。他用纸片蘸取氯化银溶液,并将纸片暴露在可见光谱紫色端外的不可见光下,随后观察到纸片加速变黑。为了区分这种光线和前一年在可见光谱另一端发现的“热射线”(红外线,IR),他将UV辐射称为“氧化射线”,用于强调他所观察到的化学反应。“化学射线”一词很快取代了“氧化射线”,并在整个19世纪剩下的时间内得以广泛使用。最后,“化学射线”和“热射线”这两个词分别被现在通用的名称“紫外线”和“红外线”所取代。

UV是什么?

在电磁波谱中,紫外线(UV)辐射被归类为波长为10-400nm的光。这样的波长比可见光短,比X射线长。UV光一共有三类:UVA波长在315-400nm之间,UVB波长在280-315nm之间,以及UVC波长在100-280nm之间。

图1:UV波长刚好比人眼可见光的波长短。(图片由W.S.BadgerCompany,Inc.提供)

太阳发出10-400nm光谱范围内的UV辐射。在地球大气层边缘,大阳光由大约50%的红外光(IR)、40%的可见光和10%的UV光组成。当太阳位于最高点,并且太阳光照射到地球表面时,太阳光的成分是53%的IR、44%的可见光和3%的UV。在这3%到达地面的UV中,大约有95%是UVA,5%是UVB。当然,这些比例可能会因云层覆盖和其他大气条件而有所波动。

许多UVC波长被上层大气的氧气所吸收,然后在臭氧层中产生臭氧。臭氧层能阻挡大部分UVB和未被氧气吸收的剩余UVC。

人造UV发射器

太阳并不是唯一的UV辐射源。有几种人造设备也能产生这些光波。

黑光灯

人们最熟悉的UV发生器是黑光灯(图2)。典型的黑光灯能发出UVA波和极少的可见光。例如,荧光黑光灯使用玻璃管内侧的荧光粉涂层发出UVA波而非可见光。更大功率的水银黑光灯利用相同原理发出更大规模的UVA辐射,主要用于音乐会和剧场的显示器。

图2:典型的荧光黑光灯发出UVA波

黑光灯主要应用于:在不存在外来可见光的前提下,观察特定物质暴露于UV光下产生的荧光。

短波UV灯

短波UV灯由不涂敷荧光粉涂层的荧光灯管组成。UV光的波峰为253.7nm和185nm,都在UVC波段内,灯管里的汞是能够发出这些UV光的主要原因。不过,只有253.7nm辐射能穿过熔凝石英玻璃管,而185nm波长则被完全阻挡。这些灯的能效一般为30%至40%,是传统荧光灯UVC功率的两到三倍。

它们主要应用于实验室表面、食品加工表面和供水的消毒。

UV气体放电灯

气体放电灯包含不同的特定气体,能产生位于特定光谱线的UV辐射,用于专门的科学应用。这些灯主要用于化学分析中使用的UV光谱设备。

激光器

专门制造的激光器可产生UV光。根据激光器技术(气体激光器、激光二极管或固态激光器)和所用材料,可以制造覆盖整个UV波段的激光器。

UV激光器可以应用于很多方面,包括光刻、皮肤病学、角膜切除术、化学、通信、光存储和集成电路制造。

发光二极管

专门制造的发光二极管(LED)可产生UV光。这些设备目前用于UV固化应用、灭菌、皮肤治疗,以及在化学领域用于鉴别各种成分的混合物。

健康问题

UV辐射对人类健康是把双刃剑。过度接触有害,而适度接触有益。

有害影响

过度接触UV辐射有可能伤害眼睛、皮肤和免疫系统。

UVA辐射极少引起或根本不会引起即时反应,但在波长接近UVB波段起始端(315nm)时,就会开始引起光性角膜炎(眼睛疼痛)和皮肤发红(颜色越浅的皮肤越敏感),而且伤害随着波长接近300nm而快速加剧。处于UVC波段265-275nm范围内的UV对眼睛和皮肤的伤害最大。

过度接触UVB不仅可导致晒斑,还是某些皮肤癌的诱因。

有益影响

过度接触UV有害健康,而适度接触UV则对健康有益。接触UV对健康有三大益处:促进人体产生维生素D、改善情绪和增加能量。

维生素D

适度接触UV辐射是维生素D的很好来源。这种维生素有助于调节钙代谢、胰岛素分泌、血压、免疫力和细胞繁殖。维生素D含量较高能够降低心脏病、中风和糖尿病的患病率,并有可能降低血压。

皮肤病

可以利用UV辐射治疗某些皮肤病。借助现代光疗法,成功治愈湿疹、皮炎、佝偻病、特应性皮炎、局限性硬皮病、黄疸、银屑病和白癜风现在已成为可能。

心血管和高血压

经证明,高血压和缺乏维生素D的患者照射UVB能够降低血压。其他医学试验和研究表明,除了与维生素D有关的影响外,UV辐射对健康还有其他重大益处。

血清素

维生素D促进合成血清素,其产生的量直接与人体接触UV
辐射的量成正比。血清素含量的变化会影响情绪和行为。虽然尚不完全清楚血清素对人体的确切作用,但一般认为血清素可提供幸福感、宁静感和愉悦感。

黑色素

适度接触UV会增加皮肤中的黑色素(褐色的色素)数量(即所谓的晒黑)。黑色素能够吸收UVA和UVB辐射并将其作为热量散发掉,从而保护皮肤免受直接和间接的DNA伤害。

应用

有许多应用就是利用了UV辐射的特性,为人类的健康和幸福带来很多好处。UV波如今的主要用途是杀灭细菌和去除污染物。

空气净化

室内环境污染物几乎全部是有机碳基化合物,暴露于240-280nm范围内的高强度UVC下即会分解。这样的UVC还可以破坏微生物的DNA。因此,可以在室内放置三昆RVXE-280和RVXP-280UVLED等UVC发射器,让空气循环流经发射器来帮助净化室内空气。这些280nm(标称值)UVCLED可作为星形板装置或表面贴装设备提供,其典型辐射输出为4
mW(RVXE设备)、16mW(RVXP1设备)和50mW(RVXP4设备),适合包括空气净化在内的许多不同应用。

图3:三昆UVLED可作为星形板单元提供,也可提供表面贴装封装。(图片由三昆半导体电子提供)

灭菌和消毒

UVCLED还可用于各种灭菌和消毒应用。医学和生物实验室中将UVC辐射与其他技术配合使用,对工具和工作区表面进行灭菌。

其他常见的UVC辐射应用包括污水和市政饮用水的处理。甚至矿泉水灌装厂也使用UVC辐射对产品进行灭菌。此外,食品加工业还使用UVC辐射杀灭微生物。例如,让果汁流经UVC辐射源进行巴氏灭菌。

治疗

UV辐射不仅可用于净化和灭菌,还能帮助治疗银屑病和白癜风(皮肤色素脱失形成斑块)等皮肤病。在这种情况下,起作用的不是UVC波而是UVB波。三昆同样也提供非常适合这种应用的LED。三昆的310nmLED元器件可以作为皮肤治疗设备的基础器件。这些设备的安装方式和辐射输出选择与上述UVCLED一样。

结论

UV辐射对人类既有害又有益。恰当的设计可以利用UVB和UVC波的有益特性保护我们免受感染并治疗某些皮肤病。为此,三昆针对这些应用提供了多种非常合适的LED,并且设计时比使用其他UV光源更加简单。

   

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