Baru-baru ini, pasukan penyelidik Li Dabing dan Sun Xiaojuan dari Institut Optik, Mekanik Halus dan Fizik Changchun, Akademi Sains China, dan pasukan penyelidik Xu Ke dari Makmal Virologi Utama Negeri Universiti Wuhan menjalankan kejuruteraan tekanan, penyediaan peranti dan penyediaan peranti LED ultraungu dalam berasaskan AlGaN epitaxial pada substrat templat AlN/nilam tegasan mampatan yang kuat, serta penyelidikan tentang kecekapan pembersihan virus RNA pernafasan manusia. LED ultraviolet dalam berasaskan AlGaN dengan panjang gelombang puncak berbeza 256 nm, 265 nm dan 278 nm telah disediakan, yang mempunyai kesan sanitasi yang sangat baik pada virus RNA pernafasan manusia.
latar belakang:
Virus RNA pernafasan manusia, seperti SARS-CoV-2 dan influenza A (IAV), menyebabkan morbiditi, kematian, kerugian ekonomi dan penyakit pandemik yang ketara di seluruh dunia. Oleh itu, terdapat keperluan untuk membangunkan kaedah pembasmian kuman permukaan dan persekitaran yang lebih cekap dan spektrum luas untuk mengurangkan risiko penularan virus RNA pernafasan manusia.
Cahaya ultraungu dalam adalah cara yang berkesan untuk menyahaktifkan virus dengan mengganggu genomnya. Lampu merkuri biasanya digunakan untuk membersihkan virus, tetapi mempunyai kelemahan ketoksikan, kerapuhan, kebesaran, jangka hayat pendek dan penjanaan ozon. Di bawah Konvensyen Minamata, pengeluaran, import dan eksport produk yang mengandungi merkuri adalah dilarang mulai 2020. Terdapat keperluan mendesak untuk produk sanitasi yang mesra alam dan cekap. LED UV dalam AlGaN boleh ditala dari 365 nm hingga 210 nm dan merupakan alternatif kepada pensterilan lampu merkuri kerana ia bukan pencemaran, saiz kecil dan penjimatan tenaga, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.
Kajian telah menunjukkan bahawa LED ultraungu dalam berasaskan AlGaN boleh menyahaktifkan bakteria seperti Escherichia coli, Staphylococcus aureus dan Candida albicans dengan berkesan, dan bakteria yang berbeza mempunyai sensitiviti yang berbeza terhadap panjang gelombang yang berbeza. Panjang gelombang di bawah 260 nm mempunyai kesan penyahaktifan yang baik pada bakteria. Walau bagaimanapun, penyelidikan tentang kesan pembersihan LED berasaskan AlGaN pada SAR-CoV-2 dan IAV biasanya tertumpu pada 265~365 nm, dan mempunyai mod sumber cahaya bersepadu dan kepekatan virus yang rendah. Penyahaktifan SARS-CoV-2 dan IAV oleh LED UV dalam berasaskan AlGaN yang lebih mudah alih dan panjang gelombang mesti dianggarkan dengan lebih tepat.
LED UV dalam berasaskan AlGaN biasanya heteroepitaxial pada templat AlN/nilam. Sepanjang dua dekad yang lalu, templat AlN/nilam berkualiti tinggi telah diperolehi melalui pelbagai kaedah, antaranya kaedah penyepuhlindapan suhu tinggi mungkin merupakan aplikasi industri yang paling menjanjikan kerana kesederhanaan, kecekapan dan kestabilannya. Walau bagaimanapun, templat AlN/nilam anil suhu tinggi biasanya menunjukkan tegasan mampatan yang kuat, yang boleh menjejaskan kualiti AlGaN atas dengan ketara.
Di satu pihak, tegasan mampatan yang kuat boleh mendorong corak pertumbuhan SK, menghasilkan struktur pulau tiga dimensi yang menghasilkan kehelan benang berketumpatan tinggi dan permukaan kasar. Sebaliknya, tegasan mampatan yang kuat boleh menyebabkan kesan daya tarikan, mengakibatkan komposisi tidak homogen dan kecekapan doping yang rendah. Di samping itu, tegasan mampatan yang kuat berkemungkinan merendahkan peranti semasa proses pembuatan. Oleh itu, kelonggaran tegasan mampatan kuat adalah perlu untuk peranti epitaxial pada templat AlN/nilam tegasan mampatan kuat.
Sorotan Penyelidikan:
Sebagai tindak balas kepada masalah di atas, pasukan penyelidik Li Dabing dan Sun Xiaojuan dari Institut Optik, Mekanik Halus dan Fizik Changchun, Akademi Sains China, dan pasukan penyelidik Xu Ke dari Makmal Virologi Utama Negeri Universiti Wuhan menjalankan tekanan. kejuruteraan, penyediaan peranti dan penyediaan peranti LED ultraviolet dalam berasaskan AlGaN epitaxial pada substrat templat AlN/nilam tegasan mampatan yang kuat, serta penyelidikan tentang kecekapan peranti dalam membersihkan virus RNA pernafasan manusia.
Didapati bahawa dengan memasukkan struktur superlattice antara substrat AlN/nilam tegasan kuat mampatan dan lapisan epitaxial AlGaN, tegasan mampatan kuat substrat pada lapisan epitaxial dapat dikurangkan dengan berkesan, dan ketumpatan kehelan lapisan epitaxial AlGaN adalah dikurangkan dengan lebih daripada susunan magnitud berbanding dengan kaedah epitaxial langsung, dan permukaannya mempunyai perataan tahap atom, yang boleh meningkatkan kualiti antara muka LED epitaxial dengan ketara.
Berdasarkan kaedah ini, pasukan penyelidik merekacipta LED ultraviolet dalam berasaskan AlGaN dengan panjang gelombang puncak yang berbeza 256 nm, 265 nm, dan 278 nm, sepadan dengan kuasa optik 6.8 mW, 9.6 mW dan 12.5 mW pada 100 mA.
Pada masa yang sama, pasukan penyelidik mengkaji kesan sanitasi bagi panjang gelombang yang berbeza pada virus RNA pernafasan manusia SARS-CoV-2, IAV dan virus parainfluenza manusia (HPIV) pada ketumpatan kuasa optik yang sama (0. 8 mW/cm2). Keputusan menunjukkan bahawa semua LED panjang gelombang membersihkan 100% SARS-CoV-2 dan IAV dalam masa 60 saat pada kepekatan virus 3.8×105 PFU/mL. Antaranya, 256 nm-LED boleh membersihkan 100% SARS-CoV-2 dan IAV dalam 10 saat, menunjukkan kecekapan pembersihan yang lebih tinggi daripada LED panjang gelombang panjang.
Di samping itu, pada kepekatan virus yang lebih tinggi dan permukaan lampiran virus yang berbeza, 256 nm-LED juga menunjukkan kesan sanitasi yang sangat baik. Keputusan ini akan membantu LED UV dalam untuk menyahjangkit virus dengan cara yang lebih mudah alih, mesra alam, spektrum luas dan cekap.
Rajah.1 Panjang gelombang dan struktur kerja LED ultraungu dalam berasaskan AlGaN dan aplikasinya dalam bidang sanitasi
Kerja ini berdasarkan tema "Penyahaktifan pantas virus RNA pernafasan manusia oleh penyinaran ultraungu yang mendalam daripada diod pemancar cahaya pada templat AlN/Nilam yang disepuh suhu tinggi" Tajuk ini diterbitkan dalam Opto-Electronic Advances, Isu 9, 2023 .
