紫外发光二极管(UV-LED)技术对食品微生物灭活应用的研究进展

紫外辐照是一种非热杀菌技术,汞蒸气紫外灯是现阶段用于食品卫生处理的主要设备,但受某些因素影响,汞灯的生产使用将逐渐变少,被环保节能的紫外发光二极管(UV-LED)取代是一种不可避免的趋势。本文根据UV-LED发光原理和多波长耦合应用的特点,综述了对微生物灭活的机理、探究了影响灭活效果的因素(波长、紫外剂量和物料特性)、处理食品的灭菌效果以及对部分食品品质的影响,为UV-LED在食品领域的杀菌处理工艺和设备参数优化提供参考。

基于分离多量子垒电子阻挡层的AlGaN基深紫外发光二极管

通过分离多量子垒电子阻挡层(EBL)结构,实现了AlGaN基DUV-LED器件性能的提升。由仿真结果可得,与传统的块状EBL相比,采用分离多量子垒结构的EBL可以获得更高的空穴浓度和辐射复合速率。这得益于EBL中间的夹层形成了空穴加速区,使得空穴在加速区获得能量,从而提高了空穴注入效率。另外,多量子势垒结构还能够通过提高电子势垒有效抑制电子泄漏,从而大幅度提升器件性能。综上所述,多量子垒电子阻挡层的引入可以显著提升AlGaN基DUV-LED器件的性能。

基于BCPO发光材料近紫外有机发光二极管的电致发光效率与稳定性

近十年来,制备近紫外有机发光二极管成为有机电子学领域的研究热点之一.但是当器件的电致发光波长延伸到400 nm以下后,对器件中各功能层的材料选择提出了更高要求.本实验中,以宽带隙小分子材料BCPO(bis-4-(N-carbazolyl)phenyl)phenylphosphine oxide)为发光层,基于BCPO的发射光谱确定了电子传输材料和空穴传输材料,制备了电致发光峰位波长在384 nm附近的近紫外有机发光二极管.在最佳的器件结构下,器件的最大外量子效率达到2.98%,最大辐射功率达到38.2 mW/cm^(2).电致发光谱中波长在400 nm以下的近紫外光占比为57%.结果表明器件在恒压模式下展示了良好的稳定性,此外,对影响器件稳定性的多个关键因素给予了深入的分析.

超晶格电子阻挡层周期数对AlGaN基深紫外发光二极管性能的影响

在AlGaN基深紫外发光二极管(DUV-LEDs)中设计了具有不同周期数的超晶格电子阻挡层(SL-EBL)结构,研究了SL-EBL周期数对DUV-LEDs发光效率、I-V特性、可靠性及有源区载流子复合机制的影响.研究结果表明,随着SL-EBL的周期数增加,DUV-LEDs的光输出功率(LOP)、外量子效率(EQE)和电光转换效率(WPE)均呈先上升后下降的趋势,同时泄漏电流减小,可靠性提升.当周期数为7时(厚度为28 nm),DUV-LEDs裸芯的EQE和WPE均达到最大值,在7.5 mA注入电流下分别为3.5%和3.2%.能带模拟结果证明了增加SL-EBL周期数可以有效提升电子势垒高度,而几乎不改变空穴势垒高度.然而,当SL-EBL超过一定厚度时,抑制了空穴向有源区的注入,导致EQE和WPE随SL-EBL周期数变化出现拐点.研究了SL-EBL周期数对DUV-LEDs载流子复合机制的影响,发现增加SL-EBL周期数可以有效地降低有源区内载流子非辐射复合.

AlGaN基深紫外微型发光二极管的研究进展(特邀)

随着AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的发展,其不仅在杀菌消毒领域得到广泛应用,在日盲紫外光通信领域的应用也受到越来越多的关注。这主要是由于相比其他的紫外光源(如汞灯、激光),其具有功耗低、设计灵活且调制带宽高的优势。而DUV LED的带宽严重依赖于器件尺寸,器件尺寸越小,其带宽越高。但是,随着深紫外微型发光二极管(μLED)的尺寸减少,尽管其带宽得到提高,但是其光功率却急剧下降,这严重限制了深紫外μLED在光通信中的应用。文中主要总结了深紫外μLED作为日盲紫外光通信光源的研究现状和综合分析尺寸效应引起器件性能的变化及其机理;并分析出低的光提取效率和严重的自热效应是影响深紫外μLED光功率的两个主要因素。进而综述了各种提高深紫外μLED光提取效率和改善热学特性的方法。文中将为从事深紫外μLED研究的工作者提供一定的研究方向指导。

短波紫外线结合发光二极管红光辐照对香椿保鲜效果的影响

目的比较短波紫外线(ultraviolet C,UV-C)与发光二极管(light-emitting diode,LED)红光复合辐照和单一LED红光辐照对贮藏期香椿采后保鲜效果的影响。方法将挑选后的香椿分为3组,在4℃下贮藏,通过测定感官指标、失重率、色差值、可溶性固形物含量、维生素C(vitamin C,VC)含量、还原糖含量、菌落总数、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除能力、过氧化物酶(peroxidase,POD)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性指标比较不同处理的差异。结果将红光复合辐照与单一LED红光辐照的处理效果比较后发现:在外观品质方面,前者显著地提高香椿的感官品质,其感官品质评分比对照高9.6分;有效地降低香椿的失重率,其失重率仅为对照的52.5%;在营养品质上,前者可以保持更高的可溶性固形物、VC和还原糖含量,其VC含量是对照的11.1倍;前者不仅有效地抑制香椿叶片中微生物的生长,还显著地减缓MDA含量的积累,其MDA含量只有对照的72.3%;前者还保持更高的DPPH自由基清除能力,也显著地提高POD和PPO的活性,其PPO活性比对照高32.4%。结论UV-C结合LED红光辐照和单一LED红光辐照都有利于保持香椿的贮藏品质,UV-C结合LED红光复合辐照对香椿的保鲜效果更好。

紫外发光二极管发展现状及展望

紫外波段依据波长通常可以划分为：长波紫外或UVA（320〈λ≤400nm）、中波紫外或UVB（280〈λ≤320nm）、短波紫外或UVC（200〈λ≤280 nm）以及真空紫外VUV（10〈λ≤200nm）。紫外发光二极管（LED）因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多应用领域有着巨大的潜在应用价值而备受关注。此外,基于氮化铝镓（AIGaN）材料的紫外LED也是目前氮化物技术发展和第三代半导体材料技术发展的主要趋势,拥有广阔的应用前景。

不规则H形量子势垒增强AlGaN基深紫外发光二极管性能

针对AlGaN基多量子阱中有效的平衡载流子注入问题,研究了有源区势垒层中Al组分调制形成的非规则H形量子势垒对AlGaN基深紫外发光二极管(LED)器件性能的影响及载流子的输运行为。研究发现,与多量子阱中常用的单Al组分势垒相比,加入Al组分较高的双尖峰势垒可以有效地提高内量子效率和光输出功率。进一步研究表明,电子在有源区因凸起的尖峰势垒而得到了有效的阻挡,减少了电子的泄露,而空穴获得更多的动能从而穿过较高的势垒进入有源区。因此,采用非对称H形量子势垒的深紫外LED器件中载流子输运实现了较好的平衡,量子阱中的载流子复合速率远高于普通的深紫外发光二极管。

紫外发光二极管材料和器件研发热点

基于半导体材料的紫外发光二极管(UVLED)具有节能、环保和寿命长等优点,在杀菌消毒、医疗和生化检测等领域有重大的应用价值。近年来,半导体紫外光电材料和器件在全球引起越来越多的关注,成为研发热点。2018年12月9-12日,由中国科学院半导体研究所主办的第三届“国际紫外材料与器件研讨会”(IWUMD-2018)在云南昆明召开,来自十二个国家的270余位代表出席了会议。

紫外光发光二极管用铋与铕离子掺杂的氧化钇红光荧光体研究

将铋离子(Bi3+)加入铕离子掺杂的氧化钇红色荧光体中, 探讨了其结构与光学性质. 发现加入铋离子能促进红色荧光体于300～380 nm的紫外线能量吸收, 此乃由于铋离子吸收紫外线能量再以能量转移的方式传给铕离子.

UV-LED表面消毒辐射场的数学模拟体系的建立及试验验证

为了实现紫外发光二极管(Ultraviolet Light-Emitting Diodes,UV-LED)表面消毒器设计的优化、高效、智能化目的,研究建立了UV-LED表面消毒辐射场的数学模型,并进行了试验验证。根据该数学模型,编写了VBA(Visual Basic for Applications)程序,对辐射场进行了模拟和分析。结果显示,辐射模型的计算值与实测值接近,试验验证了辐射模型的可行性。试验进行了应用举例,当照射距离与灯间距的比值为0.4时,选择最大发光角90°的UV-LED可使辐射场最优化;当照射距离与灯间距的比值为0.8和1.6时,对应的最优选择分别是45°和30°的UV-LED。数学模型和相关计算方法为优化设计紫外线表面消毒设施提供了模拟、优化的有效工具。

紫外发光二极管技术在水处理方面的应用

本文对一种新技术-紫外发光二极管(UV-LED)在水处理领域的应用进行了归纳,并进行相应的评述,有助于推动LED技术在水处理中的应用,降低传统UV汞灯用于水消毒的能耗,开发一种低耗,稳定和绿色的饮用水或污水消毒的新技术。

用KI/KIO_(3)化学曝光剂测量UV-LED紫外线输出量过程中反射量的确定

用KI/KIO_(3)测量紫外线输出量时,由于液体表面反射,会有部分入射光的光子未进入液体,导致测量误差。根据菲涅耳方程,反射量与入射角密切相关,紫外线发光二极管发出的每束光的辐射角和进入溶液的入射角都是不同的。为了定量多种辐射角、入射角引起的复杂反射的总体反射量,拍摄了各种情况下的化学曝光剂漩涡表面的轮廓,进行了数学分析,建立了准确计算反射损失的数学方法。通过计算得到的反射系数可以补偿反射损失以得到准确的测量结果,也可根据计算数据,控制操作条件以减小反射量。根据拍摄到的液体旋转形成的旋涡,反射系数可被稳定地控制在约0.025。反射系数的稳定意味着消除了反射可能引起的测量误差。

发光二极管蓝光结合紫外线处理对鲜切杏鲍菇贮藏品质的影响

本研究采用中短波紫外线和发光二极管(light emitting diode,LED)蓝光联合处理鲜切杏鲍菇,探究光处理对鲜切杏鲍菇贮藏品质的影响。结果表明,光处理可有效保持鲜切杏鲍菇的色泽,延缓总酚、类黄酮及VC含量下降,同时抑制微生物的生长;鲜切杏鲍菇经LED蓝光结合中波紫外线(ultraviolet-B,UV-B)和短波紫外线(ultraviolet-C,UV-C)处理后,VD_(2)的含量可达0.77μg/100 g m_(w),可溶性蛋白含量在贮藏第2天较初始提高了20.85%,在贮藏第10天时还原糖含量是对照组的2.06倍;LED蓝光结合UV-C/B处理增强了活性氧代谢、次生代谢相关酶的活力,抑制了超氧阴离子自由基(O_(2)^(-)·)的产生;鲜切杏鲍菇微观结构表明LED蓝光和UV-C/B光波处理均可抑制细胞壁、线粒体的降解。综上所述,LED蓝光结合UV-C/B处理可以较好地保持鲜切杏鲍菇的贮藏品质和营养价值,有效延长贮藏期。

用KI/KIO_(3)化学曝光剂直接测量UV-LED紫外线输出量的方法

紫外线发光二极管(UV-LED)是新一代紫外线光源,紫外线输出量是最关键的特性参数。为了测量UV-LED的紫外线输出量,提出了用化学曝光剂捕捉UV-LED发射出的紫外线所有光子的测量方法。单位时间内捕捉到的所有光子的能量总和就是紫外线输出量。由于KI/KIO_(3)化学曝光剂是液体,通过旋转可形成漩涡,将UV-LED置于漩涡中,既不接触液体,又能捕捉所有从UV-LED发出的光子,从而准确测量UV-LED的紫外线输出量。测量过程中,UV-LED的热量被引到一个水箱,保持UV-LED的结温稳定。结果表明,通过仔细的操作,KI/KIO_(3)化学曝光剂的测量是可控的,实验数据显示,测量数据的离散系数在0.02~0.079范围内。

俄歇复合、电子泄漏和空穴注入对深紫外发光二极管效率衰退的影响

研究了俄歇复合、电子泄漏和空穴注入对深紫外发光二极管(DUV LED)效率衰退的影响。结果表明,当俄歇复合系数从10^(-32) cm^(6)·s^(-1)增大到10^(-30) cm^(6)·s^(-1)时,俄歇复合对效率衰退的影响很小。当俄歇复合系数增大到10^(-29) cm^(6)·s^(-1)时,俄歇复合对效率衰退有显著的影响。然而,对于AlGaN材料而言,俄歇复合系数很难达到10^(-29) cm^(6)·s^(-1)。此外,本研究还发现,即使设置的俄歇复合系数等于10^(-32) cm^(6)·s^(-1),DUV LED的效率衰退依旧随着电子泄漏的增加而增大。因此,这进一步证明了电子泄漏是导致DUV LED效率衰退的主要因素。此外,本工作还证明了空穴注入效率的提高可以有效地抑制DUV LED的效率衰退问题,这主要是由于更多的电子与空穴在量子阱中复合产生了光子,降低了电子从有源区中泄漏的几率。

紫外发光二极管的应用及研究进展

相较于传统汞灯,紫外发光二极管(UV LED)有着环保、波长可控等优点。并且UV LED在杀菌消毒、光固化、激光打印、医疗等领域有着广阔的应用前景。尽管近年来基于半导体的紫外发光二极管的性能取得了显著的进步,但是还是有很多技术瓶颈有待解决。通过对UV LED在发展中遇到的问题进行详细分析,对其发展方向进行了展望。

AlGaN基深紫外LED的可靠性研究及寿命预测

围绕AlGaN基深紫外LED的外延生长、工艺制备等因素对深紫外LED可靠性的影响以及加速寿命预测等方面开展了系统的研究。探索了量子垒(Quantum Barrier,简称QB)中Al组分、电子阻挡层(Electron Barrier Layer,简称EBL)中Al组分、同尺寸芯片不同台面面积等因素对深紫外LED可靠性的影响,确定QB结构Al组分为74%,EBL结构Al组分为75%,台面面积为P68。对优化后的深紫外LED设计了热、电应力老化试验,结合阿伦纽斯模型、逆幂律模型、指数最小二乘拟合对深紫外LED的寿命进行预测。实验结果表明,随着电、热应力的增加,深紫外LED可靠性随之降低,阿伦纽斯模型预测寿命为5027 h,逆幂律模型预测寿命为5400 h,正常工作电流40 mA下,深紫外LED实际寿命为5582 h,逆幂律模型预测精度较阿伦纽斯模型提升了6.7%。本研究将为提高深紫外LED的可靠性和产品应用普及提供坚实的理论基础。

近紫外白光LED用铕(Ⅲ)配合物发光材料的应用研究进展

白光发光二极管(LED)具有高效、环保等优点,可广泛应用于照明领域。本文以稀土配合物为切入点,介绍了发光材料的发光原理,对相关的稀土配合物发光材料及其制备方法进行了总结,阐明了配合物的荧光强度主要受到发射态的能量、激发三重态到稀土离子共振态的能量转移效率、配体对紫外光的吸收强度等因素的影响,并就如何提高铕配合物的性能,扩大在LED上的应用进行了展望。

深紫外发光二极管研究进展及其在杀菌消毒中的应用

新型冠状病毒肺炎疫情引起了人们对消毒产品的重视.深紫外光照射是广泛应用的杀菌消毒手段.深紫外发光二极管(light-emitting diode,LED)是新一代的深紫外光源,其具有寿命长、多波长可选、不含汞、更环保、出光指向性强等诸多优点,正逐步进入市场.本文首先介绍深紫外LED的材料、外延结构和器件的特点及量子效率低等瓶颈问题;其次,简述深紫外杀毒的原理及高能量光子与细菌和病毒的遗传物质相互作用的机制,介绍深紫外光照下病原体动力学的过程模型;最后,讨论了深紫外LED作为消毒光源存在的问题和提升方向,并展望未来的研究重点和产业应用前景.