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不排斥不捧杀,正确认识杀菌消毒神器—深紫外LED

发布日期:2020-07-11  浏览次数:136  作者:Paul

2020年的鼠年春节因为新型冠状病毒的肆虐,注定将成为全国人民最刻骨铭心的一个春节。截止3月1日,新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的感染者已累计确诊80000多人,累计死亡2900多人。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。

 

在国家卫健委发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》中提到“病毒对紫外线和热敏感”,紫外线杀菌消毒也因此一跃成为当前的热点。紫外杀菌消毒在过去往往只是作为医院等特殊场景的杀菌消毒方式,广大消费者对紫外杀菌消毒还比较陌生。

 

那么,紫外线是如何杀死细菌和病毒的?紫外杀菌消毒有什么特点?有哪些注意事项?深紫外LED为何被称为杀菌消毒神器?各国对于这一产业的布局情况如何?本文就将为读者揭开深紫外LED的神秘面纱。


一、 紫外杀菌消毒的原理


紫外杀菌近期已经有很多文章进行了科普,这里还是重申三点:


第一,紫外线按照波长划分,可以分为UVA长波紫外线(波长范围315–400 nm)、UVB中波紫外线(波长范围280 – 315 nm)、UVC短波紫外线(波长范围200 – 280 nm)以及VUV真空紫外线(波长范围10 – 200 nm)。其中UVA长波紫外线也经常被称为近紫外线,UVC短波紫外线经常被称为深紫外线。

 

第二,紫外线是一种诱变剂,在特定的波长范围(主要是UVC)以及足够高的剂量下,紫外线能够引起细菌和病毒等微生物细胞中的DNA或RNA相邻嘧啶分子间形成异常的化学键,阻碍DNA或RNA的复制,从而造成微生物细胞死亡。深紫外LED即通过发出UVC波长的深紫外线达到杀菌消毒的效果。

 

第三,非典时期中国疾病预防控制中心的研究人员发现,使用强度大于90uW/cm2的深紫外线照射冠状病毒60分钟,可以灭杀SARS病毒。新型冠状病毒和SARS病毒类似,同属于单股正链RNA病毒,因此理论上科学合理地使用紫外线可以有效灭杀新型冠状病毒。


二、 紫外杀菌消毒的特点


紫外杀菌消毒主要有以下几个特点:


(1) 杀菌消毒效率高:美国食品药品监督管理局卫生评估与研究中心研究表明,在特征波长254nm、辐射强度4016uW/cm2的紫外光源照射下,SARS病毒在6分钟后灭杀率可达到99.99%。相比于加热消毒在75摄氏度下需要45分钟才能灭杀SARS病毒,紫外杀菌消毒的效率要高出许多。


(2) 杀菌广谱性:由于紫外线是直接对细菌和病毒的DNA和RNA起作用,因此在目前所有的杀菌消毒方式中,紫外线杀菌消毒的广谱性最高,对几乎所有细菌和病毒都能高效率灭杀。


(3) 无二次污染:常用的次氯酸钠消毒液对环境有危害,会造成水体污染,其所释放出的游离氯有可能引起中毒。相比之下,紫外线可以致使细菌和病毒直接死亡,没有其它化学污染物产生。但要注意尽量避免使用波长小于243nm的紫外线而产生臭氧。


三、 紫外LED的优势


目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种:传统汞灯和深紫外LED。相比于传统汞灯的诸多缺点,深紫外LED具有明显的政策优势和技术优势。


传统汞灯的缺点:


(1) 外形笨重,尺寸较大,并配有高压电。

(2) 启动时间长,无法做到即开即用。

(3) 易碎,使用寿命短,高达90%的使用寿命消耗在频繁的开关阶段。

(4) 剧毒,破裂后会造成汞泄漏,污染环境,严重危害人体健康。


深紫外LED的政策优势:全球128个国家签署的《联合国水俣公约》已于2017年8月在中国正式生效,条约明令各国从2020年起禁止生产及进出口各种含有汞的制品,传统汞灯将被禁止生产和销售。我国政府先后颁布了《中国严格限制的有毒化学品名录》和《优先控制化学品名录(第一批)》等系列政策文件,对汞的管控提出明确要求。作为传统汞加工制造和汞污染大国,中国政府积极践行《水俣公约》要求。虽然,用于固化和杀菌的紫外汞灯还不在今年主要管制之列,但是从长远来看,正如在通用照明领域LED替代传统光源是必然趋势,作为绿色环保的新型紫外固态光源的深紫外LED,将是传统紫外光源--汞灯的唯一替代选择。而随着《水俣公约》的生效以及深紫外LED自身技术不断进步,深紫外LED将迎来其产业规模的快速增长。


深紫外LED的技术优势:在各种不同的杀菌消毒方式中,只有深紫外LED同时具备节约能源、即开即用、节省空间、免除维护、无毒无害、寿命长、无刺激性气味等优异特性。相比于其它杀菌消毒方式,深紫外LED具有明显的技术优势。

四、 紫外LED的市场规模


综合多家调研机构的市场分析,紫外LED器件的产值在2017年为2亿美元,到2025年将达到13亿美元左右,年复合成长率超过30%,其中深紫外LED为主要的成长动能。紫外LED具有体积小、设计灵活方便、无污染等特点,十分适合在白色家电中应用。根据中商产业研究院发布的《2018-2023年中国白电行业市场前景及投资机会研究报告》数据显示,2018年我国白色家电产品销量突破3.5亿台。若每台产品增加紫外LED消毒功能,成本增加50元左右,据此全国即可增加175亿人民币的紫外LED消毒产品市场。



五、 深紫外LED外延芯片相关企业


目前全球紫外LED外延芯片相关企业主要分布在美国、德国、日本、韩国以及中国(包括大陆和台湾地区)。

 

美国:

 

成立于1999年,位于美国南卡罗来纳州的SETi公司是世界上最早在蓝宝石衬底上商业化生产深紫外LED外延芯片产品的企业,其技术主要来源于南卡罗来纳大学(University of South Carolina)的Asif Khan教授研究组。SETi的独门绝技是在蓝宝石衬底上通过迁移率增强外延(Migration Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition, 简称MEMOCVD)技术生长高质量的氮化铝外延层。SETi于2015年被韩国Seoul Viosys收购,成为首尔半导体旗下的子公司。

 

另外一家成立于1997年,位于美国纽约州的企业Crystal IS,则主要专注于在单晶氮化铝衬底上制备紫外LED外延芯片,其技术来源于伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)。Crystal IS于2011年被日本旭化成(Asahi Kasei)收购,成为旭化成的全资子公司。

 

成立于2014年,位于美国加利福尼亚州的Bolb公司,在2018年公开报道了其独特的“透明P型层”技术,创造了深紫外LED光电转换效率(WPE)新的世界纪录。

 

另外一家位于美国加利福尼亚州的Rayvio公司,技术来源于波士顿大学(Boston University)Theodore Moustakas教授研究组,曾经推出过几款UVB/UVC的产品。

 

德国:


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