Nylig utførte forskerteamet til Li Dabing og Sun Xiaojuan fra Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences og Xu Kes forskerteam ved State Key Laboratory of Virology ved Wuhan University stressteknikk, forberedelse av utstyr og enhetspreparering av epitaksiale AlGaN-baserte dype ultrafiolette lysdioder på sterkt trykkstress AlN/safirmalsubstrater, samt forskning på desinfiseringseffektiviteten til humane respiratoriske RNA-virus. AlGaN-baserte dype ultrafiolette lysdioder med forskjellige toppbølgelengder på 256 nm, 265 nm og 278 nm ble fremstilt, som hadde utmerket desinfiserende effekt på humane respiratoriske RNA-virus.
Bakgrunn:
Menneskelige respiratoriske RNA-virus, som SARS-CoV-2 og influensa A (IAV), forårsaker betydelig sykelighet, dødelighet, økonomisk tap og pandemisk sykdom over hele verden. Derfor er det behov for å utvikle mer effektive og bredspektrede overflate- og miljødesinfeksjonsmetoder for å redusere risikoen for overføring av humant respiratorisk RNA-virus.
Dyp ultrafiolett lys er en effektiv måte å inaktivere virus ved å forstyrre genomene deres. Kvikksølvlamper brukes ofte til å rense virus, men har ulempene som toksisitet, sprøhet, voluminøse, kort levetid og ozondannelse. Under Minamata-konvensjonen er produksjon, import og eksport av kvikksølvholdige produkter forbudt fra 2020. Det er et presserende behov for et miljøvennlig og effektivt desinfiseringsprodukt. AlGaN dype UV-lysdioder kan stilles inn fra 365 nm til 210 nm og er et alternativ til sterilisering av kvikksølvlamper på grunn av deres ikke-forurensning, liten størrelse og energisparing, som vist i figur 1.
Studier har vist at AlGaN-baserte dype ultrafiolette lysdioder effektivt kan inaktivere bakterier som Escherichia coli, Staphylococcus aureus og Candida albicans, og forskjellige bakterier har ulik følsomhet for forskjellige bølgelengder. Bølgelengden under 260 nm har god inaktiveringseffekt på bakterier. Forskningen på den desinficerende effekten av AlGaN-baserte lysdioder på SAR-CoV-2 og IAV er imidlertid vanligvis fokusert på 265~365 nm, og har en integrert lyskildemodus og lav viruskonsentrasjon. Inaktiveringen av SARS-CoV-2 og IAV av mer bærbare AlGaN-baserte dype UV-lysdioder med kortere bølgelengde må estimeres mer nøyaktig.
AlGaN-baserte dype UV-lysdioder er vanligvis heteroepitaksiale på AlN/safirmaler. I løpet av de siste to tiårene har høykvalitets AlN/safirmaler blitt oppnådd gjennom en rekke metoder, blant annet er høytemperaturglødingsmetoden kanskje den mest lovende industrielle applikasjonen på grunn av sin enkelhet, effektivitet og stabilitet. Imidlertid viser høytemperatur varmglødde AlN/safir-maler vanligvis sterke trykkspenninger, noe som kan påvirke kvaliteten på øvre AlGaN betydelig.
På den ene siden kan sterk trykkspenning indusere SK-vekstmønsteret, noe som resulterer i en tredimensjonal øystruktur som produserer tråddislokasjoner med høy tetthet og ru overflater. På den annen side kan sterk trykkspenning forårsake en trekkrafteffekt, noe som resulterer i inhomogen sammensetning og lav dopingeffektivitet. I tillegg vil sterke trykkspenninger sannsynligvis forringe enheten under produksjonsprosessen. Derfor er relakseringen av den sterke trykkspenningen nødvendig for epitaksiale enheter på den sterke trykkspenningen AlN/safirmalen.
Forskningshøydepunkter:
Som svar på problemene ovenfor, utførte forskerteamet til Li Dabing og Sun Xiaojuan ved Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences og Xu Kes forskerteam ved State Key Laboratory of Virology ved Wuhan University stress. engineering, enhetspreparering og enhetspreparering av epitaksiale AlGaN-baserte dype ultrafiolette lysdioder på sterkt trykkstress AlN/safirmalsubstrater, samt forskning på effektiviteten til enheter for å rense humane respiratoriske RNA-virus.
Det er funnet at ved å sette inn en supergitterstruktur mellom AlN/safir-substratet med sterk trykkspenning og AlGaN-epitaksiallaget, kan den sterke trykkspenningen til substratet på epitaksiallaget effektivt lindres, og dislokasjonstettheten til AlGaN-epitaksiallaget er redusert med mer enn en størrelsesorden sammenlignet med den direkte epitaksiale metoden, og overflaten har utflating på atomnivå, noe som kan forbedre grensesnittkvaliteten til epitaksial LED betydelig.
Basert på denne metoden produserte forskerteamet AlGaN-baserte dype ultrafiolette lysdioder med forskjellige toppbølgelengder på 256 nm, 265 nm og 278 nm, tilsvarende optiske styrker på 6,8 mW, 9,6 mW og 12,5 mW ved 100 mA.
Samtidig studerte forskerteamet den rensende effekten av forskjellige bølgelengder på humane respiratoriske RNA-virus SARS-CoV-2, IAV og humant parainfluensavirus (HPIV) ved samme optiske effekttetthet (0. 8 mW/cm2). Resultatene viste at alle lysdioder med bølgelengde renser 100 % SARS-CoV-2 og IAV innen 60 sekunder ved en viruskonsentrasjon på 3,8×105 PFU/mL. Blant dem kan 256 nm-LED-er desinfisere 100 % SARS-CoV-2 og IAV på 10 sekunder, og viser høyere renseeffektivitet enn langbølgelengde-LED.
I tillegg, ved høyere viruskonsentrasjoner og forskjellige virusfesteoverflater, viste 256 nm-LED også utmerkede desinfiseringseffekter. Disse resultatene vil hjelpe dype UV-lysdioder til å desinfisere virus på en mer bærbar, miljøvennlig, bredspektret og effektiv måte.
Fig. 1 Arbeidsbølgelengde og struktur til AlGaN-basert dyp ultrafiolett LED og dens anvendelse innen sanitisering
Arbeidet er basert på temaet "Rapid inactivation of human respiratory RNA viruses by deep ultraviolet irradiation from light-emitting diodes on a high-temperatur-annealed AlN/Sapphire template" Denne tittelen ble publisert i Opto-Electronic Advances, Issue 9, 2023 .
