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UV辐射是指波长小于紫光波长的一定范围的电磁辐射,波长范围100~380nm,可划分为长波紫外(UVA,315~380nm)、中波紫外(UVB,280~315nm)、短波紫外(UVC, 200~280nm)、真空紫外(VUV,100
UV辐射是指波长小于紫光波长的一定范围的电磁辐射,波长范围100~380nm,可划分为长波紫外(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个波段,相应的紫外光源分别称之为长波、中波、短波和真空紫外光源。
长波紫外光源主要有中压汞灯、短弧超高压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等,它们主要应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板曝光和荧光探伤等方面。中波紫外光源主要指紫外线荧光灯,它具有红斑效应和保健作用,一般适用于医疗保健。而短波紫外光源包括热阴极和冷阴极低压汞灯,主要用于消毒杀菌、荧光分析及光化学等方面。
热阴极低压汞灯是目前生产和应用量最大的紫外光源,在空气、饮用水和废水杀菌方面得到广泛使用。真空紫外光源主要有氘灯和氙准分子灯等,应用于光电子能谱仪的激发、臭氧发生、真空紫外波长标准和光清洗。
低压汞灯即低气压汞蒸气放电灯,是由汞蒸气受高能电子碰撞电子激发而发出以254nm和185nm为主的的紫外共振辐射。
它的辐射原理是:对不同管径的灯,在最佳汞蒸气压下(外径38mm的T12灯为0.8Pa,外径7mm的T2灯为1.6Pa),汞蒸气在电场中放电,汞原子的最外层电子从基态被激发到激发态,当其由激发态返回到基态时辐射出254、185nm紫外光子。
低压汞灯的光谱分布近似为线光谱。石英玻壳对254nm透射率可高达90%以上,而普通玻璃不透射254nm紫外光。随电流密度的不同,低压汞灯的254nmUV辐射效率可达35%~60%,185nm辐射效率可达5%~15%,是目前辐射效率最高的气体放电光源。
中压汞灯是光化学反应中最常用的光源,主要用于紫外光固化。中压汞灯燃点初期是低气压汞蒸气和氩气放电,辐射带蓝色的辉光,这时灯电压低,放电电流大。随着放电产生热量,使电弧管温度升高,汞蒸气压上升,电弧开始收缩并产生热电离和热激发,因激发态汞原子辐射衰减和电子与汞离子空间复合而发光。
中压汞灯中填充金属碘化物,比如碘化银、碘化铁、碘化镓和碘化铟等,可以改变UV辐射的光谱分布。填充碘化镓和碘化铟,可以分别在403、417、440、451nm处得到高强度的谱线;填充碘化铁可以在358~388nm之间引入铁的密集谱线群。
紫外线中压汞灯主要应用于印刷制版、软包装彩印、家具行业、扣扳、木地板装饰材料、纸张上光、印制铁罐等表面涂料、高分子老化等,它还用于半导体、印制线路板上面的光敏阻燃剂的光固化。
紫外光源需要兼顾高效率、长寿命和环境友好3个要素。在紫外LED技术快速进步的时代背景下,预计中长期内有以下发展趋势:
1)UVC LED的内量子效率尚未突破,杀菌用低压汞灯将能坚持更久。微波低压汞灯如不能大幅度提高辐射效率(>15%)和降低系统成本,将无法有效地推广应用。
2)随着UVA LED辐射效率提高成本降低,传统汞灯将逐渐被UVA LED所替代。微波中压汞灯和微波紫外金卤灯如能大幅度降低成本,仍可以继续应用于一些适用于短波的油墨和涂料的固化。从长远来说,紫外LED将统治紫外光固化技术的未来。
3)目前紫外LED的亮度与高强度气体放电灯存在些许差距,由于短弧超高压汞灯(包括球形超高压汞灯和UHP)和汞氙灯是超高亮度的点光源易于成像和获得平行光,在需要平行光的紫外曝光领域紫外LED若想深度渗入还需提高企业自身研发技术实力。