光的力量

随着COVID-19继续在全球范围内肆虐，全世界都在寻找对抗这种新型冠状病毒的方法。其中包括加州大学圣巴巴拉分校的固态照明和放大器;能源电子中心(SSLEEC)及会员公司。那里的研究人员正在开发一种紫外线发光二极管，这种发光二极管能够净化接触过SARS-CoV-2病毒的表面，可能还包括空气和水。

“一个主要的应用是在医疗情况下——个人防护设备的消毒，表面，地板，暖通空调系统，等等，”材料博士研究员Christian Zollner说，他的工作集中在推进用于卫生和净化目的的深紫外光LED技术。他补充说，在医疗领域，UV-C消毒产品的小市场已经存在。

事实上，近来很多注意力都转向紫外线的力量来灭活这种新型冠状病毒。紫外线消毒作为一种技术，已经存在了一段时间。尽管SARS-CoV-2的实际、大规模的功效还没有显示出来，但紫外线显示出了很多希望:SSLEEC成员公司首尔半导体在4月初报道了他们的紫外线LED产品“在30秒内99.9%的消毒冠状病毒(covt -19)”。他们的技术目前正被应用于汽车上，用于UV LED灯，可以消毒无人车辆的内部。

值得注意的是，并不是所有的紫外线波长都是一样的。UV-A和UV-B——这两种我们在地球上从太阳那里得到的紫外线——有重要的用途，但罕见的UV-C是净化空气和水以及灭活微生物的首选紫外线。这些只能通过人工过程在这里生成。

Zollner说:“目前消毒技术最相关的260 – 285纳米范围的UV-C光对人类皮肤也是有害的，所以目前它主要用于消毒时没有人在场的地方。”事实上，世界卫生组织警告人们不要使用紫外线消毒灯来清洁手部或其他皮肤部位——即使是短暂暴露在紫外线下也会导致灼伤和眼睛损伤。

在COVID-19大流行在全球范围内形成势头之前，SSLEEC的材料科学家们已经在努力推进UV-C LED技术。这一电磁波谱领域是固态照明相对较新的前沿领域;UV- c光通常是通过汞蒸气灯产生的，Zollner说，“UV LED需要许多技术进步才能在效率、成本、可靠性和寿命方面发挥其潜力。”

在一封发表在《ACS光子学的研究人员发现了一个更好的方法来制作高质量deep-ultraviolet (UV-C)发光二极管,包括沉积一层半导体合金铝氮化镓(沃甘)衬底的碳化硅(SiC)——离开更广泛使用的蓝宝石衬底。

根据Zollner的说法，使用碳化硅作为基片比使用蓝宝石更能有效且经济地生长出高品质的UV-C半导体材料。他解释说，这是由于材料的原子结构匹配得非常紧密。

他说:“一般来说，衬底和薄膜的结构(原子晶体结构)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，生产没有缺陷和失调的材料通常需要复杂的额外步骤。Zollner说，碳化硅并不是一个完美的搭配，但它可以提供高质量的产品，而不需要昂贵的额外方法。

此外，据Zollner说，碳化硅比“理想的”氮化铝基板便宜得多，使它更适合大规模生产。

当研究人员开发他们的UV-C LED技术时，便携式、快速作用的水消毒是他们考虑的主要应用之一;这种二极管的耐用性、可靠性和小巧的外形将会改变世界上那些缺乏清洁水的欠发达地区的游戏规则。

COVID-19大流行的出现增加了另一个方面。当全世界都在为这种疾病寻找疫苗、治疗方法和治疗方法时，消毒、去污和隔离是我们必须保护自己的少数武器，解决方案需要在全世界部署。Zollner说，除了用于水卫生的UV-C灯，UV-C灯还可以集成到无人在场时开启的系统中。

他说:“这将为公共、零售、个人和医疗场所提供一种低成本、不含化学物质且方便的清洁方式。”

然而，就目前而言，这是一场耐心的游戏，因为Zollner和他的同事们正在等待流行病的结束。加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)为了减少人与人之间的接触，研究已经放慢了脚步。

他说:“一旦UCSB恢复了研究活动，我们的下一步是继续改进我们的AlGaN/SiC平台，希望能生产出世界上最高效的UV-C光发射器。”

其他研究贡献者包括Burhan K. saif(第一作者)、Shuji Nakamura、Steven P. DenBaars、James S. Speck、Abdullah S. Almogbel、Bastien Bonef、Michael Iza和Feng Wu，他们都来自SSLEEC和/或加州大学圣巴巴拉分校材料系。