Nyligen genomförde forskargruppen Li Dabing och Sun Xiaojuan från Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences och Xu Kes forskargrupp vid State Key Laboratory of Virology vid Wuhan University stressteknik, förberedelser av enheter och enhetsberedning av epitaxiella AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder på AlN/safir-mallsubstrat med stark tryckpåfrestning, samt forskningen om hygieniseringseffektiviteten hos humana respiratoriska RNA-virus. AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder med olika toppvåglängder på 256 nm, 265 nm och 278 nm framställdes, som hade utmärkt desinficerande effekt på humana respiratoriska RNA-virus.
Bakgrund:
Humana respiratoriska RNA-virus, såsom SARS-CoV-2 och influensa A (IAV), orsakar betydande sjuklighet, dödlighet, ekonomisk förlust och pandemisjukdom över hela världen. Därför finns det ett behov av att utveckla mer effektiva och brett spektrum av yt- och miljödesinfektionsmetoder för att minska risken för överföring av humant respiratoriskt RNA-virus.
Djupt ultraviolett ljus är ett effektivt sätt att inaktivera virus genom att störa deras genom. Kvicksilverlampor används ofta för att sanera virus, men har nackdelarna med toxicitet, sprödhet, skrymmande, kort livslängd och ozonbildning. Enligt Minamatakonventionen är produktion, import och export av produkter som innehåller kvicksilver förbjudna från 2020. Det finns ett akut behov av en miljövänlig och effektiv desinficeringsprodukt. AlGaN djupa UV-lysdioder kan ställas in från 365 nm till 210 nm och är ett alternativ till sterilisering av kvicksilverlampor på grund av sin icke-förorening, ringa storlek och energibesparing, som visas i figur 1.
Studier har visat att AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder effektivt kan inaktivera bakterier som Escherichia coli, Staphylococcus aureus och Candida albicans, och olika bakterier har olika känslighet för olika våglängder. Våglängden under 260 nm har en god inaktiveringseffekt på bakterier. Forskningen om den desinficerande effekten av AlGaN-baserade lysdioder på SAR-CoV-2 och IAV är dock vanligtvis fokuserad på 265~365 nm och har ett integrerat ljuskällaläge och låg viruskoncentration. Inaktiveringen av SARS-CoV-2 och IAV av mer portabla AlGaN-baserade djupa UV-lysdioder med kortare våglängd måste uppskattas mer exakt.
AlGaN-baserade djupa UV-lysdioder är vanligtvis heteroepitaxiella på AlN/safirmallar. Under de senaste två decennierna har högkvalitativa AlN/safirmallar erhållits genom en mängd olika metoder, bland vilka högtemperaturglödgningsmetoden kanske är den mest lovande industriella applikationen på grund av dess enkelhet, effektivitet och stabilitet. Men högtemperatur varmglödgade AlN/safirmallar uppvisar vanligtvis starka tryckspänningar, vilket avsevärt kan påverka kvaliteten på det övre AlGaN.
Å ena sidan kan stark tryckspänning inducera SK-tillväxtmönstret, vilket resulterar i en tredimensionell ö-struktur som producerar tråddislokationer med hög densitet och grova ytor. Å andra sidan kan stark tryckspänning orsaka en drageffekt, vilket resulterar i inhomogen sammansättning och låg dopningseffektivitet. Dessutom kommer starka tryckspänningar sannolikt att försämra enheten under tillverkningsprocessen. Därför är avslappningen av den starka tryckspänningen nödvändig för epitaxiella anordningar på den starka tryckspänningen AlN/safirmallen.
Forskningshöjdpunkter:
Som svar på ovanstående problem, stressade forskargruppen Li Dabing och Sun Xiaojuan från Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences och Xu Kes forskargrupp vid State Key Laboratory of Virology vid Wuhan University. konstruktion, anordningsberedning och anordningsberedning av epitaxiella AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder på AlN/safir-mallsubstrat med stark tryckspänning, samt forskning om effektiviteten hos anordningar för att desinficera humana respiratoriska RNA-virus.
Det har visat sig att genom att infoga en supergitterstruktur mellan det starkt tryckspännings-AlN/safirsubstratet och AlGaN-epitaxialskiktet, kan den starka tryckspänningen hos substratet på epitaxialskiktet effektivt lindras, och dislokationstätheten hos AlGaN-epitaxialskiktet är reducerad med mer än en storleksordning jämfört med den direkta epitaxiella metoden, och ytan har utplattad atomnivå, vilket avsevärt kan förbättra gränssnittskvaliteten för epitaxial LED.
Baserat på denna metod tillverkade forskargruppen AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder med olika toppvåglängder på 256 nm, 265 nm och 278 nm, motsvarande optiska effekter på 6,8 mW, 9,6 mW och 12,5 mW vid 100 mA.
Samtidigt studerade forskargruppen den desinficerande effekten av olika våglängder på humana respiratoriska RNA-virus SARS-CoV-2, IAV och humant parainfluensavirus (HPIV) vid samma optiska effekttäthet (0. 8 mW/cm2). Resultaten visade att alla våglängdslysdioder sanerar 100 % SARS-CoV-2 och IAV inom 60 sekunder vid en viruskoncentration på 3,8×105 PFU/ml. Bland dem kan 256 nm-LED-lampor desinficera 100 % SARS-CoV-2 och IAV på 10 sekunder, vilket visar högre desinficeringseffektivitet än LED-lampor med lång våglängd.
Dessutom, vid högre viruskoncentrationer och olika virusanslutningsytor, visade 256 nm-LED också utmärkta desinficerande effekter. Dessa resultat kommer att hjälpa djupa UV-lysdioder att desinficera virus på ett mer bärbart, miljövänligt, brett spektrum och effektivt sätt.
Fig.1 Arbetsvåglängd och struktur för AlGaN-baserad djup ultraviolett lysdiod och dess tillämpning inom området för sanering
Arbetet är baserat på temat "Rapid inactivation of human respiratory RNA viruses by deep ultraviolet irradiation from light-emitting diodes on a high-temperature-annealed AlN/Sapphire template" Denna titel publicerades i Opto-Electronic Advances, Issue 9, 2023 .
