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根据我们最新的研究结果

写在后面的话:

UV辐射是指波长小于紫光波长的必然限度的电磁辐射,波长限度100~380nm,可划分为长波紫外(UVA,315~380nm)、中波紫外(UVB,280~315nm)、短波紫外(UVC,200~280nm)、真空紫外(VUV,100~200nm)4个波段,相应的紫外光源不同称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。

长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等,它们主要应用于紫外光固化、光化学分解、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯,它具有红斑效应和保健作用,大凡适用于医疗保健。而短波紫外光源包括热阴极和冷阴极高压汞灯,主要用于消毒杀菌、荧光分析及光化学等方面。自制迷你电弧发生器。

热阴极高压汞灯是目前临盆和应用量最大的紫外光源,在气氛、饮用水和废水杀菌方面取得通常使用。真空紫外光源主要有氘灯和氙准分子灯等,应用于光电子能谱仪的激励、臭氧发生、真空紫外波长程序和光清洗。

由于以AlGany kind ofN为代表的宽禁带半导体发光原料的敏捷前进,近年紫外LED获得了迅速的兴盛,辐射效率和功率密度取得了很大的进步。UVA-LED辐射效率高,价值已降至相宜的程度,已进入支流应用。UVB和UVC波段的紫外LED辐射效率还不高,价值高贵,尚处于研究开采阶段。

汞蒸气放电光源以其技术幼稚、价值便宜的特质,特别是高压汞灯的辐射效率很高,在今后5~10年内仍将取得通常应用。以下先容高压汞灯、中压汞灯和微波无极紫外灯的特性和优毛病,并与紫外LED对比后预测了其兴盛前景。自制大功率臭氧发生器。

低 压 汞 灯

高压汞灯即低气压汞蒸气放电灯,是由汞蒸气受高能电子碰撞电子激励而收回以254 nm和185nm为主的的紫外共振辐射。它的辐射原理是:对不同管径的灯,在最佳汞蒸气压下(外径38mm的T12灯为0.8 Pany kind of,外径7mm的T2灯为1.6Pany kind of),汞蒸气在电场中放电,汞原子的最外层电子从基态被激励到激励态,当其由激励态前往到基态时辐射出254,185nm紫外光子。

高压汞灯的光谱漫衍近似为线光谱。石英玻壳对254nm透射率可高达90%以上,我不知道臭氧发生器规格。而普通玻璃不透射254nm紫外光。随电流密度的不同,高压汞灯的254nmUV辐射效率可达35%~60%,185nm辐射效率可达5%~15%,是目前辐射效率最高的气体放电光源。

185 nm真空UV辐射在气氛中的传输间隔很短,在毫米量级的间隔内即被氧分子罗致,对比一下饮水机臭氧消毒。氧分子领悟成氧原子并进一步反映生成臭氧。所以185nm辐射是很好的臭氧激励源,其益处是既能高效爆发臭氧,又不会生成氮氧化合物等其他无害气体。另外,185nm光子的高能量,能够翻开大局限无机物的化学键,没关系应用在半导体和平板展现器临盆线的光清洗工艺中,作为氙准分子灯的低本钱替代计划。高压汞灯的典型发射光谱如图1所示。

目前,杀菌用高压汞灯恳求不爆发臭氧,石英管中通常都掺入大批TiO2,以罗致185nm的UV辐射,只辐射254 nm的UV辐射,俗称无臭氧UV辐射源。根据我们最新的研究结果。

高压汞灯的UV辐射效率很高,当放电条件为饱和汞蒸气压0.9Pany kind of、放电管直径26mm(T8)、冷端温度42时,UV辐射抵达最大。在该条件下,假若采用氩气作为缓冲气体,小型臭氧发生器原理。放电电流电流密度把持在0.03~0.13A/cm2,那么254nm处的辐射效率高达60%。不过,自制大功率臭氧发生器。这种最佳的放电条件只能维持对照低的输入功率密度(<0.5W/cm),对应的254 nm辐射功率密度仅为0.2~0.3W/cm。假若采用铋铟汞合金取代纯汞,再辅以相宜的放电管径,放电的功率密度没关系进步到2w/c。

最近几年我们欺骗恒温箱和自行策画的体积2.5m3的大型真空室作为点灯环境,丈量了T6大功率高压汞灯正柱的254,185nm辐射效率随灯的少见气体气体品种、气压、冷端温度和放电电流的变化,获得了最佳放电条件。图2和图3为254,185nm谱线的辐射效率随冷端温度的变化。

结局声明,T6大功率高压汞灯正柱的254 nm辐射功率的最大值对应冷端温度40~45,对应汞蒸气压0.86~1.24Pany kind of。在1.6 A电流下,电解水产生臭氧膜价格。最大辐射功率可达60~80 W/m。不同缓冲气体的正柱区254 nm辐射效率随冷端温度变化秩序基础一致。T6高压汞灯辐射效率最大值对应冷端温度在45~48,对应汞蒸气压1.24~1.54Pany kind of。对填充Ne-Ar混合气体的灯,在气压2 Torr、电流1.6 A、冷端温度45时,正柱输入功率>160 W/m,254 nm辐射效率>40%。

冷端温度在70~75时185nm辐射效率最高,且最佳冷端温度随着缓冲气体中的Ne含量高潮而高潮。充纯Ne的灯在气压2Torr、冷端温度75、电流1.6A时,灯的输入功率为117.7 W/m,185nm的辐射效率可达10.2%,而254nm的辐射效率为22.4%。

对UVC-LED内涵芯片的研发是国际外的热点。日本新闻通讯研究机构(NICT)采用出光面蕴涵光子晶体的氮化铝(AlN)基板,开收回波长265nm的UVC-LED,告竣了输入功率密度90mW/cm2的连续发光,在电流为200mA时外量子效率为6.3%。

鉴于UVC-LED辐射效率还不高,如要抵达适用化的20%的辐射效率,还有待告竣技术打破;加上UVC-LED价值高贵,目前只能用于小面积的杀菌。以是,电解水产生臭氧膜价格。高压汞灯仍有开朗的应用前景,另日5~10年市场规模将继续扩展。

中压汞灯

中压汞灯是光化学反映中最常用的光源,主要用于紫外光固化。中压汞灯燃点初期是低气压汞蒸气和氩气放电,辐射带蓝色的辉光,这时灯电抬高,放电电流大。随着放电爆发热量,学会水冷式臭氧发生器。使电弧管温度降低,汞蒸气压高潮,电弧开端紧缩并爆发热电离和热激励,因激励态汞原子辐射衰减和电子与汞离子空间复合而发光。由于基态浓度大幅度高潮,放电时波长185,254nm的共振辐射被罗致,激励辐射主要发生在高能级之间。随着灯内汞蒸气压强进一步进步,由于各能级之间电子跃迁几率的不同,没关系测到较强的光谱线为:313,365,405,436,546,578nm。实测的中压汞灯的光谱能量漫衍如图4所示。

中压汞灯电极间距0.2~2 m,听说臭氧发生器规格。 输入功率0.5~20 kW,UV辐射效率为15%左右。中压汞灯从发动到安靖使命的时间通常为4~30min,电弧越长安靖时间越长,这会增加光固化应用中的能耗。

中压汞灯中填充金属碘化物,譬喻碘化银、碘化铁、碘化镓和碘化铟等,没关系蜕化UV辐射的光谱漫衍。填充碘化镓和碘化铟,没关系不同在403、417、440、451nm处取得高强度的谱线;填充碘化铁没关系在358~388nm之间引入铁的蚁集谱线群。

紫外线中压汞灯主要应用于印刷制版、软包装彩印、家具行业、扣扳、木地板装束原料、纸张上光、印制铁罐等外面涂料、高分子老化等,它还用于半导体、印制线路板下面的光敏阻燃剂的光固化。

现在UVA-LED的辐射效率已抵达相当高的程度,波长380nm芯片的辐射效率>60%,波长365 nm芯片的辐射效率>40%。如采用铜板-AlN板的高功率密度三明治封装构造,在输入功率密度>100W/cm2时灯具辐射效率>22%,且辐射功率密度已高于中压汞灯。UVA-LED的单片功率接续增大,遵照我们最新的研究结局,自制大功率臭氧发生器。目后面积8cm2芯片的输入电流高达15 A以上,单片输入功率>60 W,可获得>500 W/cm2的输入功率密度和>100 W/cm2的辐照度,实在没关系解决紫外光固化应用中出现的统统题目。随着UVA-LED使用量的敏捷高潮,饮水机臭氧发生器。辐射效率继续进步,价值将接续下降,性价比持续进步,UVA-LED光源可能在另日5年内慢慢取代中压汞灯。

微波无极紫外灯

微波无极紫外灯主要应用于杀菌、光固化和光领悟无机净化物,紫外灯的光谱功率漫衍对付体系的降解速率和降解效果都有很大的影响。臭氧发生器结构图。微波无极紫外灯没有电极,它的激励源为频次0.433~2.45GHz的微波电磁场,灯的发光机理与普通的紫外光源有所不同。

微波无极紫外灯的使命原理是在石英、玻璃或其他紫外透光原料变成的密闭壳体内填充可蒸发金属和少见气体的混合物。少见气体的作用是发动气体安静冲气体。当无极灯放置于谐振腔内,少见气体被微波场激励爆发低气压放电等离子体,爆发的热使管壁温度降低,金属蒸气压随之进步,过渡到金属蒸气放电,臭氧管。取得特定金属的辐射光谱并获得更高的UV辐射效率。常用的可蒸发金属为汞、钠、硫、硒和镉等;少见气体大凡为氩、氖和氪等。随金属蒸气压的不同,无极灯所收回的光谱在低气压时与高压汞灯相似,在中高气压时大致与中压汞灯和高压汞灯相似。

微波无极紫外灯的发光进程没关系划分为4个阶段:微波发生器将其爆发的高频电磁波耦合到石英灯管中;灯内少见气体原子(如Ar)被激励;处于激励态的少见气体原子与金属原子相碰撞,金属原子爆发潘宁电离,过渡到金属蒸气的自持放电;金属原子与高能电子碰撞后,从基态跃迁到激励态,经过约10ns衰减前往基态的同时辐射出光子。听说根据。

以微波高压汞灯为例,放电的电离、激励和辐射进程为:

Ar+e→Ar*+e(1)

Ar*+Hg→Ar+Hg++e(2)

Hg+e→Hg*+e(3)

Hg+e→Hg++2e(4)

Hg*+e→Hg++2e(5)

Hg*+Hg*→Hg+Hg++e(6)

Hg*+Hg*→Hg2++e(7)

Hg*→Hg+hν(254,185nm) (8)

微波高压汞灯中发生的原子进程主要包括:发动时的潘宁效应,如方程(1)、(2);发动后一般使命时,高能电子间接电离基态汞原子,如方程(4);或逐级电离激励态原子,如方程(5);或将基态激励到Hg(63P1)态和Hg(61P1),如方程(3);还包括汞激励态之间的潘宁电离或纠合电离,如方程(6)、(7)所示;共振态衰减发光,听听研究结果。如方程(8)。

以外面波方式使命的微波高压汞灯的构造暗示图及其光谱能量漫衍如图5所示,可见其辐射能量仍以254nm为主,但可见区的辐射强度已比图1所示的有电极的高压汞灯加强很多。

微波无极紫外灯的光谱能量凑集,臭氧发生器工作原理。具有较高的光催化活性,且制造工艺简易,又有对照长的寿命,没关系简化反映器,进步反映器的宁静信得过性。而且它的功率密度大,辐射效率较高,光谱和光强具有可调性。微波无极紫外灯用于光催化氧化时,能够简化光催化氧化反映器,易于工业化告竣。最新。这推进了光催化氧化技术在环境爱惜领域的应用。

微波无极灯在紫外杀菌、污水解决及净化物降解等领域具有严重的作用。近10余年来,听听据我。世界各国的研究者在这些方面做了很多的研究。Al-Shfeelmany kind of’any kind of等人将微波注入到谐振腔内,在谐振腔内激励外面波,然后外面波沿着灯管鼓吹,激励低气压汞蒸气放电,主要爆发254nmUV辐射。他们对灯的参数举行了一些优化,得出在大功率的条件下灯使命在50及灯内填充的Ar蒸气压绝顶低(<4 mTorr)时,灯的绝对UV辐射效率最高。他们研制的编制中不单没关系间接欺骗254nm的UV辐射,也可欺骗185 nm真空UV辐射用于臭氧制备。Al-Shfeelmany kind of’any kind of等人的研究没有对灯的格式方式尺寸举行商量,也没有测定辐射效率的一概值。

最近我们欺骗Keitz措施,丈量了两种微波高压汞灯的辐射效率:我不知道我们。第1种是外面波放电的微波高压汞灯,构造似乎于Al-Shfeelmany kind of’any kind of等人报道,在编制输入功率231.6W时,254 nm辐射功率7.90W,辐射效率唯有3.4%;第2种是网状谐振腔微波高压汞灯,4根1.2m长的无极灯管放置在圆柱状谐振腔内,用2.45 GHz微波激励,编制输入功率1258.8 W,254 nm辐射功率72.1W,辐射效率仅为5.7%。从这两种微波高压汞灯的丈量结局可见,微波编制中生活一系列的能量转换,招致辐射效率低下,包括直流电源效率、磁控管效率、谐振腔透光率、石英套管透过率、谐振腔微波斲丧、微波与等离子体的耦合效率、多灯遮挡系数等。如能开展进一步的优化,微波高压汞灯有可能告竣15%~20%的辐射效率。

Horikoshi等人欺骗一些对环境无净化的气体,例如Xe,N2,根据我们最新的研究结果。He,O2,H2及Ar,恐怕其中几种气体的组合,研制了1种环境友谊型微波无极紫外灯。Bany kind ofrkhudany kind ofrov等人指出,评判1个无极紫外灯在消毒杀菌及降解净化物时的效率只取决于其UV辐射效率。所以Horikoshi等人议决调理灯管中气体的组成来摸索1种UV辐射效率最高的配比,自制迷你电弧发生器。末了他们创造N2和Ar的比例在2:8、气压在700Pany kind of时该种无极紫外灯在300~400nm限度内的UV辐射强度最强,但337nm谱带的辐射效率<5%。

也有很多科研使命者对无极紫外灯应用于降解一些特殊净化物中做了很多的研究,如对2,4-D除草剂的降解,对活性艳红X-3B的降解,对硫化氢的降解。近些年越来越多的研究者将眼光投向了微波无极灯在紫外降解净化物方面的应用。如能进步无极灯的辐射效率,另日在紫外净化物降解方面,无极紫外灯的严重性可能将增加。

美国Fusion公司的微波中压汞灯和微波紫外金卤灯是高强度紫外光源的代表,其微波源蕴涵3kW或6 kW的磁控管,激励长度为14 cm或21cm的石英放电管,爆发很高的辐照度。但其辐射效率未见报道。微波中压汞灯的益处是紫外辐照度高、可瞬时开关,但也生活功耗大、温度高、本钱高的毛病。如国际研究机构和相关企业能够提出低本钱的微波中压汞灯或微波紫外金卤灯的计划,另日各种光固化应用领域该当还有这种光源的用武之地。

汞蒸气放电紫外光源由于其较高的UV辐射效率及较长的寿命,使得它在日常生活及工业临盆中扮演了绝顶严重的角色。但是由于液汞的使用会对环境爆发净化,且放电机理限制了辐射效率的进一步进步,一些无汞紫外光源特别是紫外LED正在振起,并慢慢展现出明明的替代趋向。

UV-LED

紫外光源须要两全高效率、长命命和环境友谊3个要素。在紫外LED技术敏捷前进的时间背景下,估计中持久内有以下兴盛趋向:

1)UVC-LED的内量子效率尚未打破,杀菌用高压汞灯将能周旋更久。微波高压汞灯如不能大幅度进步辐射效率(>15%)和低沉编制本钱,将无法有用地推广应用。

2)随着UVA-LED辐射效率进步本钱低沉,保守汞灯将慢慢被UVA-LED所替代。微波中压汞灯和微波紫外金卤灯如能大幅度低沉本钱,仍没关系继续应用于一些适用于短波的油墨和涂料的固化。从深远来说,紫外LED将统治紫外光固化技术的另日。

3)目前紫外LED的亮度与高强度气体放电灯生活些许差异,由于短弧超高压汞灯(包括球形超高压汞灯和UHP)和汞氙灯是超高亮度的点光源易于成像和获得平行光,在须要平行光的紫外曝光领域紫外LED若想深度渗入还需进步企业自己研发技术实力。

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