材料深一度|紫外消毒产品在公共卫生防疫中的应用（二）

 

 

 

轨道交通已经成为我们最主要的出行方式之一，但是由于车厢内环境相对密闭且人员较为密集，极易导致我们感染细菌病毒和相互传染，所以轨道交通空气消毒对于阻断病毒和细菌传播、减少感染风险有重要意义。

 

2020年，中科潞安半导体技术研究院与中车集团签署战略合作协议，双方合作探讨将在部分高铁车厢上安装UVC LED杀菌装置并进行试运行，这将成为国内首次将深紫外杀菌应用于轨道交通场景。目前，项目已经完成了样品的安装及调试。

本项目中主要产品是UVC LED杀菌模块。杀菌模块分别安装在高铁车厢空调的进风口和回风口，本项目分别针对进风口和回风口的空气流动进行模拟计算，以此为依据设计杀菌模块的结构、配光与数量。经过对样品应用情况的检测和计算，具体应用效果如下：空调进风口速为3.7m/s，回风口的风速为3.0m/s，其中，回风口只回收车厢内70%的空气，剩余30%为车外空气。每节进风道采用4个 UVC LED进行杀菌，每个灯具光功率≥500mW，以杀灭90%白色葡萄球菌所需的紫外线照射剂量计算，完成整个车厢空气杀菌约需要20min；每个回风道采用3个UVC LED灯具进行杀菌，每个灯具光功率≥500mW，以杀灭90%白色葡萄球菌所需的紫外线照射剂量计算，完成整个车厢空气杀菌约需要33min。

 

中科潞安提供

空调杀菌消毒模块应用

本项目是将紫外LED杀菌消毒模块用于家用空调系统中。深紫外杀菌模块关键元器件全部为国产，由紫外上游芯片企业山西中科潞安紫外光电科技有限公司、中游封装企业山西华微紫外半导体科技有限公司、模块企业青岛海达维健康科技有限公司和终端家电企业海尔共同开发。
 

该深紫外杀菌模块在海尔空调“雷神者”系列上普遍使用，空调工作时用户通过遥控器上的健康按键启动内置的紫外杀菌模块，对室内空气进行物理杀菌。
 

此外，中科潞安最新推出的新款“晋芯守护”机器人，搭载由中科潞安自主研发的深紫外LED消毒模组，配合UVA+光触媒、高效过滤器等技术，可实现500-1000㎡/h的大空间空气消毒处理能力，目前该产品已在全国消毒产品网上备案信息服务平台取得卫消证备案，可广泛使用于机场、高铁站、大型体育场馆、会议中心、市民政务中心等大空间空气消毒应用中。

 

 

目前紫外LED杀菌消毒用量最多的还是个人和家庭消费品，包含了消毒包、消毒水杯、牙刷盒等多样化的形式。应用场景日渐丰富，小到杀菌包、母婴产品、UVC杀菌手电筒，大到UVC净水器、UVC消毒机器人等，深紫外LED消毒、杀菌、净化有望逐步从高附加功能演变为家电、家居、厨卫、消费电子、车载等应用领域的标配功能。产品性能不断得到改善，结合智能语音、红外感应、远程遥控、方向识别、光输出检测等辅助功能提高UVC LED产品使用安全性，优化产品使用过程。

 

 

 

由于当前UVC LED芯片和器件技术水平仍有待进一步提升，光辐射效率仍较低，导致即使在部分可以满足需求的小功率应用领域，同等效果的紫外LED产品价格普遍是汞灯的2-5倍。因此紫外LED杀菌消毒产品的应用推广，首先有赖于技术水平的进一步提升。UVC LED外量子效率平均水平约为1-3%，BOLB公司的外量子效率在6.5%左右。与发展成熟的GaN基蓝光LED和AlGaN基近紫外LED相比，UVC LED的光输出功率和量子效率仍远不能令人满意，不能满足高端家电、高端医疗、污水处理等产业领域对高效低成本大功率深紫外固态光源的迫切需求。

 

在UVC LED封装工艺和技术的进步关系到器件的光辐射效率和寿命，高密度无机封装材料与形式是发展趋势。蓝光LED封装材料和形式基本可适用于UVA LED封装，但适用于UVC LED的陶瓷基板、无机封装、气密封装、提高散热效果和光提取效率是业界关注热点和发展方向。

 

 

杀菌消毒用UVC LED技术方案暂不成熟，应用数据需要进一步积累。目前使用的杀菌消毒用传统紫外光源的波长固定（253.7nm），光源空间光分布均匀。而UVC LED与传统紫外汞灯的发光原理不同，光源形态、峰值波长、光谱分布、空间分布、电源驱动、散热要求、二次配光、应用系统均有很大的不同。
 

此外，UVC LED的应用集成技术和工程化应用难题尚待解决。UVC LED目前还处于产品导入初期，正在逐步打开水和空气净化、杀菌消毒、白色家电等应用市场，其发光功率、电光转化效率以及寿命方面都不尽如人意，进一步发展还需要应用关键核心技术和实用化、工程化难题，促进UVC LED相关产品尽快完善成熟。

 

 

目前，UVC LED产品的国内外行业标准均未推出，这也是影响UVC LED产业良性发展的关键因素。

 

标准制定有待随着市场开启逐步开展。现行的紫外消毒产品相关标准均围绕传统紫外光源，而紫外LED消毒产品在光电参数与寿命、均匀性等方面存在一定的标准空白。紫外LED应用市场细分，标准体系建立领域跨度大。

 

紫外LED技术、市场的不断发展，面临着一系列的计量、检测的技术难题。如传统紫外探头相应波段单一，多数只对特定波段紫外辐射（253.7nm、365nm）有响应，而紫外LED辐射带宽大，探头光谱灵敏度曲线相差大，造成量值溯源和校准难等问题，导致测量结果误差较大。紫外LED需要逐步开发、形成结合自身光谱特点传感探头、标准光源、校准方法，特别是UVB、UVC波段LED的计量、测试是技术难点。

 

 

光生物安全是市场推广需要阐述清楚的重要问题。市场上因紫外杀菌产品操作不当，对人体会造成伤害的新闻屡见不鲜，因此紫外产品安全性设计尤为重要。这就要求企业在设计产品时结合不同的应用场景，通过智能化控制、红外感应等人性化设计避免因错误使用造成对人体的伤害。这就要求企业在设计产品时结合不同的应用场景，通过智能化控制、红外感应等人性化设计避免因错误使用造成对人体的伤害。因此在应用推广过程中，要首先对紫外LED产品光生物安全进行全面的宣贯和科普，提升消费者甄别产品的能力。

 

此外，对于紫外线直射的应用产品在材质上需要有抗紫外线的要求，因此在产品应用时需考虑紫外辐射对终端产品材料的影响。

 

 

自2020年至今新冠疫情不断反复，进一步刺激紫外LED消毒产业发展。深紫外LED产业发展愈发回归理性。企业由快速投资扩产转向产品研发及市场培育。深紫外LED对新冠病毒灭活效果得到了有效验证；紫外LED杀菌消毒产品由小功率消费品向大功率消毒产品；消毒应用从个人、家庭应用向医院、商超、机场、地铁等专业领域、公共场所拓展；杀菌消毒工程化示范项目逐渐落地。

紫外LED消毒市场潜力不断被挖掘，紫外LED消毒产品与应用场景的结合和共同开发需要跨领域的产业链上中下游密切合作，需要芯片、封装、模组、集成应用等各环节的协同作战，需要生产企业、检测机构、研究院所、认证及市场管理机构等各主体积极参与。