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UV輻射是指波長小于紫光波長的一定范圍的電磁輻射,波長范圍100~380nm,可劃分為長波紫外(UVA,315~380nm)、中波紫外(UVB,280~315nm)、短波紫外(UVC, 200~280nm)、真空紫外(VUV,100
UV輻射是指波長小于紫光波長的一定范圍的電磁輻射,波長范圍100~380nm,可劃分為長波紫外(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個波段,相應(yīng)的紫外光源分別稱之為長波、中波、短波和真空紫外光源。
長波紫外光源主要有中壓汞燈、短弧超高壓汞燈、氙燈、紫外金鹵燈、紫外LED等,它們主要應(yīng)用于紫外光固化、光化學(xué)合成、印刷電路板曝光和熒光探傷等方面。中波紫外光源主要指紫外線熒光燈,它具有紅斑效應(yīng)和保健作用,一般適用于醫(yī)療保健。而短波紫外光源包括熱陰極和冷陰極低壓汞燈,主要用于消毒殺菌、熒光分析及光化學(xué)等方面。
熱陰極低壓汞燈是目前生產(chǎn)和應(yīng)用量最大的紫外光源,在空氣、飲用水和廢水殺菌方面得到廣泛使用。真空紫外光源主要有氘燈和氙準(zhǔn)分子燈等,應(yīng)用于光電子能譜儀的激發(fā)、臭氧發(fā)生、真空紫外波長標(biāo)準(zhǔn)和光清洗。
低壓汞燈即低氣壓汞蒸氣放電燈,是由汞蒸氣受高能電子碰撞電子激發(fā)而發(fā)出以254nm和185nm為主的的紫外共振輻射。
它的輻射原理是:對不同管徑的燈,在最佳汞蒸氣壓下(外徑38mm的T12燈為0.8Pa,外徑7mm的T2燈為1.6Pa),汞蒸氣在電場中放電,汞原子的最外層電子從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài),當(dāng)其由激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)時(shí)輻射出254、185nm紫外光子。
低壓汞燈的光譜分布近似為線光譜。石英玻殼對254nm透射率可高達(dá)90%以上,而普通玻璃不透射254nm紫外光。隨電流密度的不同,低壓汞燈的254nmUV輻射效率可達(dá)35%~60%,185nm輻射效率可達(dá)5%~15%,是目前輻射效率最高的氣體放電光源。
中壓汞燈是光化學(xué)反應(yīng)中最常用的光源,主要用于紫外光固化。中壓汞燈燃點(diǎn)初期是低氣壓汞蒸氣和氬氣放電,輻射帶藍(lán)色的輝光,這時(shí)燈電壓低,放電電流大。隨著放電產(chǎn)生熱量,使電弧管溫度升高,汞蒸氣壓上升,電弧開始收縮并產(chǎn)生熱電離和熱激發(fā),因激發(fā)態(tài)汞原子輻射衰減和電子與汞離子空間復(fù)合而發(fā)光。
中壓汞燈中填充金屬碘化物,比如碘化銀、碘化鐵、碘化鎵和碘化銦等,可以改變UV輻射的光譜分布。填充碘化鎵和碘化銦,可以分別在403、417、440、451nm處得到高強(qiáng)度的譜線;填充碘化鐵可以在358~388nm之間引入鐵的密集譜線群。
紫外線中壓汞燈主要應(yīng)用于印刷制版、軟包裝彩印、家具行業(yè)、扣扳、木地板裝飾材料、紙張上光、印制鐵罐等表面涂料、高分子老化等,它還用于半導(dǎo)體、印制線路板上面的光敏阻燃劑的光固化。
紫外光源需要兼顧高效率、長壽命和環(huán)境友好3個要素。在紫外LED技術(shù)快速進(jìn)步的時(shí)代背景下,預(yù)計(jì)中長期內(nèi)有以下發(fā)展趨勢:
1)UVC LED的內(nèi)量子效率尚未突破,殺菌用低壓汞燈將能堅(jiān)持更久。微波低壓汞燈如不能大幅度提高輻射效率(>15%)和降低系統(tǒng)成本,將無法有效地推廣應(yīng)用。
2)隨著UVA LED輻射效率提高成本降低,傳統(tǒng)汞燈將逐漸被UVA LED所替代。微波中壓汞燈和微波紫外金鹵燈如能大幅度降低成本,仍可以繼續(xù)應(yīng)用于一些適用于短波的油墨和涂料的固化。從長遠(yuǎn)來說,紫外LED將統(tǒng)治紫外光固化技術(shù)的未來。
3)目前紫外LED的亮度與高強(qiáng)度氣體放電燈存在些許差距,由于短弧超高壓汞燈(包括球形超高壓汞燈和UHP)和汞氙燈是超高亮度的點(diǎn)光源易于成像和獲得平行光,在需要平行光的紫外曝光領(lǐng)域紫外LED若想深度滲入還需提高企業(yè)自身研發(fā)技術(shù)實(shí)力。