Mar thoradh ar aireagán LED gorm (dé-óid astaithe solais), a measadh a bheith deacair a bhaint amach le blianta fada, tháinig daingneáin agus taispeántais soilsithe fad-saoil, a d'athraigh an domhan go mór. Ceann de na taighde teorann is déanaí is ea gur féidir leis soilse UV a tháirgeadh le tonnfhaid níos giorra ná soilse gorma.
I measc gathanna ultraivialait, tá cumais steiriliú ard ag gathanna ultraivialait domhain le tonnfhad an-ghearr agus táthar ag súil go n-úsáidfear iad i monarchana agus i ngléasraí íonú uisce (Fíor 1). Úsáideann an chuid is mó de na lampaí germicíde atá in úsáid faoi láthair mearcair, ach le teacht i bhfeidhm Chonradh Minamata ar Mhearcair in 2017, tá an pobal idirnáisiúnta tar éis tosú ag obair chun úsáid mearcair a laghdú. Sa chomhthéacs seo, tá súil le soilse UVC ultraivialait domhain. Tá táirgí a úsáideann soilse domhain ultraivialait tosaithe ag dul ar an margadh, ach ní leor an éifeachtúlacht lonrúil reatha agus an chumhacht aschuir.
Dúirt Hirayama, a thosaigh ag déanamh taighde ar stiúir UV i 1996, le muinín: “Cé go bhfuil an iomaíocht forbartha fíochmhar, tá an éifeachtúlacht lonrúil is airde ar domhan bainte amach ag an UV UVC domhain a d’fhorbair muid. Más mian linn úsáid fhorleathan a bhaint amach, áfach, is é an éifeachtúlacht lonrúil a chaithfear a fheabhsú tuilleadh chun dul thar an lampa mearcair faoi bhrú íseal a úsáidtear mar lampa germicídeach, agus is é an sprioc reatha dul thar 30%."
Is é atá i mbunstruchtúr LED acomhal pn a fhoirmítear trí leathsheoltóir n-cineál a cheangal le níos mó leictreon agus leathsheoltóir cineál p gan leictreoin neamhleor (le poill). Tar éis voltas a chur i bhfeidhm, comhcheanglaíonn leictreoin agus poill chun solas a astú, ach tá dath (tonnfhad) an tsolais agus an voltas atá riachtanach chun solas a astú difriúil ag brath ar an gcineál leathsheoltóra. D’fhonn leathsheoltóirí a fhorbairt ar féidir leo solas an tonnfhaid inmhianaithe a ghiniúint, rinne líon mór taighdeoirí iniúchadh ar ábhair éagsúla. Dúirt Hirayama:" Mura féidir leis solas a astú ach sa réigiún ultraivialait, níl sé praiticiúil. Toisc go gcaithfidh sé solas a astú ar bhealach níos éifeachtaí ná foinsí solais roimhe seo, agus is féidir é a olltáirgeadh ar chostas níos ísle." Táthar ag súil le nítríd galium alúmanaim (AlGaN) mar ábhar measartha gealladh fúthu, ach tá go leor ceisteanna ann.
Teicneolaíocht nua atá in ann criostail néata a ghiniúint, cruthaíonn soilse acomhail pn trí chriostail a fhás le hadaimh ordaithe ar shubstaint bhunúsach (foshraith). Úsáideann an tsubstráit leathsheoltóra sapphire saor (Al2O3), ach mar gheall ar an difríocht san achar (tairiseach laitíse) idir na hadaimh a dhéanann suas an criostail, déantar an criostail AlGaN a dhífhoirmiú nuair a fhásann sé, ag cruthú lochtanna ar a dtugtar lochtanna laitíse. Tugtar lochtanna criostail ar scoilteanna a leathnaíonn feadh líne na lochtanna. Má mhéadaíonn an dlús locht (dlús dislocation snáithe), laghdaíonn an éifeachtúlacht lonrúil.
Caithfidh soilse gorma scannán criostail galium nítríde (GaN) a fhoirmiú le níos lú lochtanna ar an tsubstráit. D'fhorbair an t-ollamh a bhuaigh Duais Nobel in Ollscoil Meijo, Isamu Akasaki an teicneolaíocht chun an scannán seo a bhaint amach. Maidir le soilse domhain ultraivialait domhain, cruthaítear scannán criostail nítríde alúmanaim (AlN) ar an tsubstráit agus saothraítear criostail AlGaN air. Bhunaigh sé scannán AlN d’ardchaighdeán ar an tsubstráit chun lochtanna a laghdú. Mheabhraigh sé:" Tá dul chun cinn déanta ag an modh seo maidir le héifeachtúlacht lonrúil a fheabhsú, ag dul thar fhoireann taighde Mheiriceá an iomaitheora' s."
Déantar criostail AlN a tháirgeadh trí thaisceadh gaile ceimiceach orgánach miotail (MOCVD). Soláthraítear an t-ábhar gásach don tsubstráit sapphire ag teocht ard de thart ar 1400 céim chun go bhfásfaidh sé mar chriostal. Fásann an modh a d’fhorbair Hirayama nítríde AlN ar dtús mar chroílár an tsubstráit, agus séideann sé gás amóinia i mbulóg chun go bhfásfaidh sé go cliathánach chun an bhearna idir an croí a líonadh. Ansin soláthraítear an gás go leanúnach chun iad a chruachadh go hingearach. Tríd an bpróiseas fáis criostail seo a athrá, is féidir ciseal AlN d’ardchaighdeán gan scoilteanna a fhoirmiú (Fíor 2). Dúirt:" Chun criostail néata a dhéanamh, ní mór duit an tiúchan gáis, an ráta sreafa agus an teocht imoibrithe, srl a rialú go mín. Is furasta an sreabhadh gáis a bheith corraitheach ag teochtaí arda agus teastaíonn neart taithí uaidh. Dá bhrí sin, tá an trealamh leath-fhéin-déanta agus modhnaithe de réir mar is gá." .
Feabhas a chur ar an éifeachtúlacht lonrúil trí oibriú ar an struchtúr
Tá baint ag an éifeachtúlacht lonrúil le 3 fhachtóir. Is é an chéad cheann" éifeachtúlacht chandamach inmheánach", is é an dara ceann" éifeachtúlacht insteallta leictreon", agus an tríú ceann" éifeachtúlacht eastóscadh solais") ;. Tá Hirayama ag obair go crua chun na trí éifeachtúlacht seo a fheabhsú.
Is luach í an éifeachtúlacht chandamach inmheánach a léiríonn an cóimheas idir péirí leictreon agus poill a ghineann sruth chun solas a astú, agus léiríonn sé a mhéid a astaíonn an ciseal astaithe solais solas go réidh. Trí chur ar an gcriostal fás go néata agus lochtanna a laghdú, feabhsaíodh an éifeachtúlacht chandamach inmheánach go rathúil.
Tagraíonn éifeachtúlacht insteallta leictreon do chion na leictreon a théann isteach sa chiseal astaithe solais sa sruth insteallta. Tá fadhb ag an ngnáth-UV ultraivialait domhain UV nach dtéann na leictreoin insteallta isteach sa chiseal astaithe solais, ach go sceitheann siad ón taobh p-ciseal.
Dúirt an réamhrá:" Is é an chúis atá leis nach bhfuil líon na bpoll sa leathsheoltóir cineál-p cothromaithe le líon na leictreon sa leathsheoltóir n-cineál. Toisc go bhfuil sé deacair líon na bpoll a mhéadú, cruthaítear ciseal blocála leictreon (bacainn il-chandamach) chun na leictreoin neamhcheangailte a théann go díreach a léiriú. , Comhcheangailte go héifeachtach" (Fíor 3). Mar thoradh air sin, tá feabhas mór ar éifeachtúlacht instealladh leictreon.
Tá aisling le cur i bhfeidhm ar fhoinse solais léasair
Tá buntáistí ag an LED UV ultraivialait domhain a d’fhorbair AlGaN sa raon feidhmchlár freisin. Chuir sé in iúl go súiliúil:" Trí chomhdhéanamh an chriostal a athrú, is féidir tonnfhad ultraivialait domhain a choigeartú. Is gné é seo freisin. Faoi láthair, tá soilse domhain ultraivialait UVC curtha i bhfeidhm sa bhanda 222-351 nm. Is féidir leat an tonnfhad atá ag teastáil a ghiniúint go saor de réir an fheidhmchláir. Solas domhain ultraivialait domhain, mar shampla solas de thart ar 310 nanaiméadar a úsáidtear chun deirmitíteas atópach agus psoriasis, srl a chóireáil."
Teicneolaíocht í seo atá á forbairt. Is gá an chumhacht aschuir a mhéadú ó na deicheanna milliút reatha go cúpla vata. Táthar ag súil go n-úsáidfear é i steiriliú, íonú uisce, íonú aeir, cóireáil leighis, tionscal bithcheimiceach, cruas agus próiseáil roisín, agus priontáil sa todhchaí. Agus péintéireacht agus réimsí eile.
Ag féachaint dó don todhchaí, dúirt sé:" Sa todhchaí, tá sé beartaithe againn dé-óid léasair ultraivialait domhain (LD) a fhorbairt a fhéadfaidh cumhacht aschuir níos mó a bhaint amach. Más féidir é a bhaint amach, ba cheart go mbeadh sé in ann meáin stórála mórchumais agus substaintí díobhálacha a sháraíonn toilleadh Dioscaí Blu-ray a dhianscaoileadh."
Tá spás forbartha LED UVC ultraivialait domhain an-mhór fós.
