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王军喜:创造健康紫外光源 助力公共卫生安全

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-09-04 来源:中国半导体照明网浏览次数:532
新型冠状病毒肺炎是近百年来人类遭遇的传播速度最快、感染范围最广、防控难度最大的一次全球性重大突发公共卫生事件。21世纪以来全球已出现至少5起有病毒引起的国际突发公共卫生事件,而此次的COVID-19也是首个真正的“全球化疫情”。
 
世界卫生组织预测新冠病毒可能伴随人类10年左右。公共卫生安全成为人类面临的共同挑战。疫情防控常态化势在必行。防控和救治是疫情防控战两大战场。国家卫生健康委先后发布多版《新型冠状病毒肺炎防控方案》、《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》,全国疫情防控进入常态化。
 
防控主要是切断传播途径,这是最经济最有效的策略。因地制宜的落实车站、机场、码头、商场、公共卫生间等公众场所和汽车、火车、飞机等密闭交通工具的杀菌消毒就成为切断病毒传播途径的有效措施。
 
近日,由长治市人民政府、国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)和山西云时代技术有限公司共同主办的“第二届紫外LED长治产业发展峰会”在山西长治市成功召开。期间,中科院半导体所照明中心主任、山西中科潞安半导体技术研究院院长王军喜研究员分享了疫情下紫外LED在公共安全领域的发展状况与需求。
王军喜
疫情下紫外光源需求快速增长
国家卫生健康委发布《新型冠状病毒肺炎防控方案(第四版)》。病毒对紫外线和热敏感,56℃ 30 分钟、 乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒。人类采用紫外线杀菌消毒已经有100多年的历史。紫外线可破坏细菌病毒的遗传物质DNA或RNA,使细菌病毒无法繁殖,从而达到杀菌消毒的目的。紫外线成为疫情期间杀灭病毒,防控病毒传播的重要手段。
 
疫情发生前,紫外杀菌消毒灯通常只有餐厅等公共场所使用较多。疫情之后,随着人们对紫外线的关注度越来越高,紫外杀菌类产品市场变得火热,期间也涌现出许多适合公共场所的紫外杀菌产品,如杀菌安全门、飞机杀菌车、机场杀菌车、车内杀菌灯等产品。随之而来的便是新型紫外光源--UVC-LED市场火爆,上游外延、芯片材料及封装企业咨询量暴增。
 
紫外LED是公共场所杀菌消毒的最佳选择
与传统化学药剂消毒相比,紫外线消毒具有无色无味无化学残留、无抗药性、可连续杀灭病毒、可调节剂量等优点。UV-LED与传统汞灯相比具有高效节能、线性控制、可靠性高等特点,与传统汞蒸气紫外灯相比,紫外线LED具有安全、环保、节能、线性、可靠等优点。
 
公共场所消杀而言,需要消杀一体化解决方案,公共卫生安全基础设施最大的短板是没有常态化消杀系统。未来,公共场所未来会像消防系统一样,必须装备消杀系统。同时我国公共卫生建设的投资伴随公共财政对民生基础设施投资的不断增加而水涨船高。未来3-5年,公共卫生基础设施补短板可能成为拉动投资的重要引擎。公共场所消杀系统的需求必将催生一个公共场所消杀系统一体化解决方案的总承包商产业。未来可能成为UVC的重要应用场景。
公共消杀系统带来的技术需求及配套需求
高性能UVC光源。目前市场上高端的深紫外LED产品仍主要以日本、韩国厂商为主。越来越多的国内半导体公司开始关注深紫外行业,进行了深度布局。青岛杰生、三安光电、武汉深紫、中科潞安都实现了深紫外LED芯片量产。
高性能UVC光源面临的既有科学性问题也有工程性问题,涉及深紫外专用的MOCVD设备、低缺陷密度的高Al组分氮化物材料等。
 
其中,核心装备深紫外MOCVD装备仍是短板,用于蓝光LED外延的普通MOCVD设备并不适于深紫外LED。材料质量方面,外延层的位错密度高,紫外LED的内量子效率指数下降。UVC LED的光提取效率低~10%。散热管理上,UVC LED功率效率低,产热严重→发光效率下降,可靠性变差。封装方面需进一步改善UVC LED的散热管理和提高光提取效率。
 
传统的汞蒸气紫外杀菌灯特征波长为253.7nm,新型的紫外LED杀菌灯特征波长为270-280nm,这些波长的紫外线均对人体皮肤及眼睛有伤害,因此在使用中必须做好防护。
 
近几年,有报道称特定波长(200-220nm)的紫外线有基本相当甚至更高的杀菌效率,但无法穿透人体皮肤角质层,因此对人体无害,相关的实验室研究使用小鼠作为实验对象,至于是否对人体绝对无害,还需要更多的临床实验。
 
疫情防控催生紫外光源需求的快速增长,创造健康紫外光源将有力的助力公共卫生安全。从高温MOCVD、深紫外LED外延、LED芯片、LED封装测试、杀菌应用,需要深紫外LED全产业链共同努力,共同打造万亿新产业。
 
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