30秒灭掉新冠病毒！加州研究人员开发紫外线LED灯：可对表面、空气、水消毒

在加州大学圣塔芭芭拉分校的固态照明和能源电子中心（SSLEEC）及其附属公司，研究人员正在开发能够对接触新冠病毒的表面以及空气、水进行净化的紫外线LED灯。

这种紫外线LED将对HVAC系统内的个人防护设备、表面、地板等进行消毒。

（图文无关）

该研究目前发表在ACS Publications上，题为“AlGaN Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Grown on SiC Substrates”。

作为一项技术，紫外线消毒已经存在了一段时间。尽管实用，但尚未显示出针对新冠病毒传播的大规模疗效。但紫外线前景和潜力巨大：SSLEEC成员公司首尔半导体公司在4月初报告说，他们的紫外线LED产品可在30秒内对冠状病毒进行99.9％的灭菌处理。他们的技术目前正被用于汽车中，用于对未使用的车辆内部进行消毒的UV LED灯。

值得注意的是，并非所有的紫外线波长都相同。UV-A（315-400nm）和UV-B（280-315nm）等应用比较常见，但罕见UV-C（200-280nm）紫外线，一般用于净化空气和水以及使微生物失活。这些只能通过人为过程生成。

在生物体中，DNA或RNA是细菌和病毒体内的遗传物质，它们原本按照一定规律配对排列。但若细菌或病毒吸收紫外线达到一定剂量，积聚的能量将犹如一把“光刀”，切断DNA和RNA内部的原有配对，进而导致病毒和细菌直接死亡，或因不能繁衍复制而失去毒性。本次新型冠状病毒（2019-nCov）属于单链正链RNA病毒，紫外线同样能够起到灭活效果，但必须经过一定强度的（UVC）紫外线来照射一定时长。

材料博士研究员克里斯蒂安·佐尔纳（Christian Zollner）指出：“与当前消毒技术最相关的260-285nm范围内的UV-C光也对人体皮肤有害，因此，目前，它主要用于在消毒时没人的环境中使用。”实际上，世界卫生组织警告不要使用紫外线消毒灯对手或皮肤其他部位进行消毒，即使短暂暴露于UV-C光线下也可能引起灼伤和伤及眼睛。

在新冠大流行流行之前，SSLEEC的材料科学家已经在研究UV-C LED技术。电磁频谱的这一领域是固态照明的一个相对较新的领域。Zollner认为，UV-C光通常是通过汞蒸气灯产生的，“要使UV LED在效率、成本、可靠性和使用寿命方面发挥其潜力，还需要许多技术进步。”

在ACS Photonics杂志上发表的一封信中，研究人员反馈了一种制造高品质深紫外（UV-C）LED的更得体的方法，该方法包括在半导体衬底上沉积半导体合金氮化铝镓（AlGaN）的膜。碳化硅（SiC）——与更广泛使用的蓝宝石衬底不同。

Zollner认为，与使用蓝宝石相比，使用碳化硅作为衬底可以使高质量的UV-C半导体材料更高效，更具成本效益的增长。他解释说，这是由于材料的原子结构紧密匹配。

“根据一般经验，基板和薄膜在结构上（在原子晶体结构方面）彼此越相似，就越容易获得高质量的材料。”质量越好，LED的效率和性能就越好。蓝宝石在结构上是不同的，生产无瑕疵和未对准的材料通常需要复杂的附加步骤。Zollner教授表示，碳化硅并不是完美的搭配，但无需昂贵的其他方法即可实现高质量。

此外，他指出，碳化硅比“理想的”氮化铝衬底便宜得多，从而使其更易于批量生产。

研究人员在开发UV-C LED技术时想到的主要应用是便携式、速效水消毒。在世界上欠缺清洁水的欠发达地区，二极管的耐用性、可靠性和小尺寸将成为改变游戏规则的几大要素。

除了用于水卫生目的的UV-C之外，UV-C灯还可以集成到没有人时打开的系统中。“这将为公共、零售、个人和医疗场所的消毒提供一种低成本、无化学药品且方便的方法。”

其他研究贡献者包括Burhan K. SaifAddin (lead author)、Shuji Nakamura、Steven P. DenBaars、James S. Speck、 Abdullah S. Almogbel、Bastien Bonef、Michael Iza和Feng Wu，他们都来自SSLEEC或者加州大学圣塔芭芭拉分校的材料系。

参考来源：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.9b00600#