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紫外线灯灯管为何要选用石英玻璃?
2020年05月27日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:410
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紫外线能够杀菌早已不是个新闻,它在我们的日常生活中随处可见——医院、实验室、甚至自己的家里,只要有杀菌的需求,紫外线灯就永远不会缺席。

紫外线消毒 

新加坡新冠疫情期间,一个名为Sunburst UV Bot的自主移动机器人被部署在Northpoint City商场,该机器人可利用紫外线消毒物体的表面

紫外线灯杀菌的原理

事实上,紫外灯的构造与其作用原理有着密不可分的关系。已知紫外线杀菌就是通过紫外线的照射,破坏及改变微生物的DNA(脱氧核糖核酸)结构,使细菌当即死亡或不能繁殖后代,达到杀菌的目的。

根据生物效应的不同,紫外线可按照波长划分为UVA波段、UVB波段、UVC波段和UVD波段。其中UVC波长100~275nm,它是真正具有杀菌作用的波段,因此又称为短波灭菌紫外线,紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

紫外线波长 

UVC之所以适合杀菌,是因为很容易被生物体的DNA吸收,尤其是253.7nm左右的紫外线。但也正因如此,它对人体的伤害也很大,短时间照射即可灼伤皮肤,长时间高强度照射还会引发皮肤癌。在日常生活中,我们之所以不会被UVC伤害到,是因为UVC的穿透能力很弱,日光中含有的短波紫外线几乎都被臭氧层完全吸收了,同时也无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。

灯管选用石英玻璃的理由

前面提到了,UVC的穿透能力很弱。而紫外线杀菌灯实际上和普通日光灯一样,都属于低压汞灯,利用低压汞蒸汽(<10-2Pa)被激发后发射紫外线。但日光灯的灯管采用的是普通玻璃,穿透力极差的UVC(253.7nm)根本透不出来,只能被灯管内壁的荧光粉吸收后激发出可见光。

与普通玻璃相比,石英玻璃在性能上有很大的改进,对紫外线各波段有更高的透过率,可80%-90%,因此现在大多数杀菌灯的灯管都采用石英玻璃来制作。不过由于热膨胀系数不同,杀菌灯一般不能封接铝盖灯头,其灯头材料主要采用胶木、塑料或先进陶瓷

石英灯管 

石英灯管

另外,紫外线杀菌灯的发光谱线主要有254nm和185nm两条。254nm紫外线通过照射微生物的DNA来杀灭细菌,185nm紫外线可将空气中的O2变成O3,臭氧具有强氧化作用,可有效地杀灭细菌,弥补紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。在炼制石英玻璃时,如果添加足够数量的钛(Ti)元素,就能使透过它的紫外线在200nm以下发生截止,而对254nm紫外线透过基本无影响。因此适当控制钛元素的添加量,就可有效的控制185nm紫外线的逸出量以制作出低臭氧(无臭氧)、臭氧、高臭氧等三种紫外线杀菌灯管。

石英玻璃灯管的前景

由于成本与用途不同的原因,事实上也有人用紫外线穿透率<50%的高硼砂玻璃管代替石英玻璃。但成本降低后,性能也降低了——据悉,高硼灯管的紫外光强度很容易衰减,点灯数百小时后紫外线强度就大幅下降到初始时的50%-70%;而石英灯管在点燃2000-3000小时后,紫外线强度只减到初始时的80%-70%,光衰程度远小于高硼灯。

虽说由于工艺特殊、制造较困难等原因,石英玻璃的成本较高,在一定程度上会限制它的推广应用。但在紫外消毒灯灯管这部分应用上,可以说只有石英玻璃能够胜任,考虑到现在疫情远不到结束的时候,人们的杀菌消毒意识也有了极大的增长,相信这块市场还会有增长的机会。

粉体圈 小榆

 

 

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