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疫情下的产业脉动:深紫外LED,一个可以预见的新兴产业

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  • 时间:2020-02-14
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   新华网北京2月13日电(凌纪伟)疫情突如其来,一些平常不被关注的垂直品类迅速走红。口罩、护目镜、消毒水等与疫情防控相关的物资成为抢手货。经此一疫,全社会增进了健康意识,消毒清洁行业在保障人民生命健康中的地位无疑获得提升。其中,紫外线杀菌作为一种消毒防护手段,也因为疫情而悄悄加快成长步伐。


  防控疫情,紫外杀菌灯如何发挥作用,未来紫外杀菌技术朝着什么方向演进,紫外杀菌应用层面面临哪些困惑?针对这些问题,近日记者采访了多位专家和业内人士。


  战“疫”:紫外线能有效灭活冠状病毒


  紫外线消毒杀菌是古老而又行之有效的方法。太阳底下晒被子就是最原始的利用紫外线除螨、消毒杀菌。


  非典时期,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所的专家发现,使用强度大于90μW/cm2的紫外线照射冠状病毒30分钟,可以杀灭SARS病毒。《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》中指出,新型冠状病毒对紫外线敏感。近期研究发现,新型冠状病毒与SARS冠状病毒存在相关性。因此理论上科学合理使用紫外线可有效灭活冠状病毒。


  半导体照明联合创新国家重点实验室主任、中国科学院半导体研究所研究员李晋闽介绍说,紫外线消毒杀菌的原理就是利用高能量的紫外光打断DNA双螺旋链,从而达到对细菌和病毒的灭活。


  据了解,相比化学杀菌消毒,紫外线的优势是杀菌效率高,灭活一般在几秒内完成,而且不产生其它化学污染物。正因为操作方便,可适用于所有空间,紫外杀菌灯在各大电商平台成为抢手货。在一线医疗卫生机构,它也是重要的杀菌消毒设备。


  以此次疫情较重的武汉为例,当地医疗机构对紫外灯具需求较大。为了驰援疫情防控,1月28日,昕诺飞(中国)向武汉火神山医院捐赠930套紫外消毒灯。1月31日,欧司朗中国向武汉市第一、第四、第五医院捐赠500多套紫外除菌灯具。这些专业的紫外除菌灯具,不仅能消除医院室内的病毒,还能在很大程度上减轻护士的日常消毒工作,让护士们留出更多时间照顾病人。


  昕诺飞(中国)向记者表示,不仅是在医院,紫外杀菌灯还可对微生物进行灭活。家庭可通过安装紫外线净水系统净化用水,配有紫外灯的空气净化器可对空气中漂浮的细菌进行无害化处理。


  深紫外LED,一个可以预见的新兴产业


  紫外线实现有效杀菌消毒需要满足一定要求。李晋闽说,要注意紫外线光源的波长、照射剂量和时间。即必须是波长280nm以下的UVC波段的深紫外光,对不同的细菌和病毒要满足一定的照射剂量和时间,否则不能灭活。


  据中国科学院半导体研究所研究员闫建昌介绍,根据波长划分,紫外波段可分UVA、UVB、UVC不同波段。“UVC是波长最短能量最高的一个波段,实际上对于杀菌消毒,真正最有效的就是UVC这个被称为深紫外的波段。”他说。


  目前,在民用和工业领域消毒杀菌应用的深紫外光源大多是汞灯。由于汞对人类社会和环境的重大影响,从今年开始,限定汞使用和排放的国际《水俣公约》正式生效,传统的汞灯将限制、禁止生产和使用,并逐步退出市场。开发出一种全新的环保、高效紫外光源,成为了摆在人们面前的一项重要挑战。而基于氮化镓宽禁带半导体材料的深紫外LED成为这一新应用的不二选择。这一全固态光源体积小、效率高、寿命长,仅仅是拇指盖大小的芯片模组,就可以发出比汞灯还要强的紫外光。


  李晋闽认为,采用深紫外LED替代传统汞灯,在消毒杀菌的应用类似于白光LED替代传统光源在照明领域的应用,将形成一个巨大的新兴产业。


  过去十多年里,我国半导体照明产业蓬勃发展,形成了如今超过8000亿元的巨大产业规模。深紫外LED如果实现对汞灯的替代,就意味着在未来十年,深紫外产业将会发展成为一个像LED照明一样的新的万亿产业。


  “通过这次疫情,人们对紫外深紫外LED会给予高度重视,特别是关注到人们的公共卫生安全,为紫外深紫外LED提供了一个很好的发展机遇。”李晋闽说。


  从目前的应用来看,深紫外LED在水净化、空气净化、生物探测等民用领域应用广泛。此外,紫外光源的应用还远不止杀菌消毒,在生化探测、杀菌医疗、聚合物固化及工业光催化等诸多新兴领域也有广阔前景。


  基于深紫外巨大的应用潜力,闫建昌深信,深紫外LED完全有可能发展成为一个不同于LED照明的新兴的万亿产业。他说,由于LED具有小巧便携、环保安全、易于设计等优点,深紫外LED应用范畴更容易被拓展到便携式消毒电子产品中,比如母婴消毒器、电梯扶手杀菌机、迷你洗衣机内置UV杀菌灯、扫地机器人等。


  深紫外LED技术创新仍在路上


  尽管前景一片光明,但不可否认,深紫外LED目前还处于发展初期,光功率、光效、寿命等都还不尽人意,UVC-LED这类产品还需进一步完善成熟。


  闫建昌认为,深紫外LED产业的首要技术瓶颈在于外延,亟需深紫外专用的MOCVD设备的支撑。“国内现有的用于蓝光LED外延的1700台MOCVD设备并不适于深紫外LED。”他说,深紫外LED在技术层面仍面临从核心材料到器件工艺的许多挑战,产业化技术的突破和进步是市场发展的根基。


  虽然深紫外LED产业化面临种种挑战,但技术一直在向前进步。


  去年5月,全球首条年产3000万颗大功率紫外LED芯片量产生产线便在中科潞安正式投产,实现了大规模的LED芯片技术产业化与核心器件国产化。


  三安光电自2014年涉足深紫外UVC领域,针对已知有效杀菌波段已开发多种尺寸UVC芯片及小中大及超大功率UVC LED产品。记者从该企业了解到,针对此次疫情,三安光电希望同各大科研机构、院校联手,提供有效杀菌波段UVC LED,针对此次新型冠状病毒紫外照射灭菌试验及研究。


  随着技术进步、学科交叉、应用融合,不断催生新的应用领域,标准也需要不断完善。“现有的紫外标准都是基于传统汞灯的,目前紫外LED光源迫切需要从测试到应用的一系列标准。”闫建昌说。


  在深紫外杀菌消毒方面,标准化的确面临着一系列挑战。比如,紫外汞灯杀菌主要在253.7nm,而UVC LED波长主要分布在260 - 280nm,这为后续应用的解决方案带来一系列差异。


  记者从国家半导体照明工程研发及产业联盟了解到,为填补标准化空白领域,联盟标准化委员会发挥团体标准快速响应市场需求的优势,开展了对计量、标准、检测等方面的调研,积极布局标准化体系,编写了《紫外LED标准化体系报告》,启动了《紫外LED技术与应用术语和定义》《紫外LED杀菌消毒技术报告》,未来将逐步构建匹配UVC LED规模市场的新的标准化体系。


  新冠肺炎疫情普及了大众对于紫外杀菌消毒的认知,无疑会促进紫外LED产业的发展,目前行业人士对此深信不疑,认为行业面临快速发展的机遇。未来,深紫外LED产业的发展壮大,需要上下游各方的团结协作,才能把这块“蛋糕”做大。

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