L’aplicació del LED UV

L’aplicació del LED UV

Els LEDs UV o els díodes emissors de llum ultraviolats, són dispositius semiconductors que emeten llum ultraviolada quan un corrent elèctric els passa. Hi ha capaços d’embalar amb tipus LED SMD (el paquet LED domat també estan disponibles en aquest cas) i el tipus de làmpades LED i la longitud d’ona poden ser LED de 365nm, LED de 385nm LED 395nm, 400 Nm LED ect. Són un tipus especialitzat de LED que ha obtingut una atenció i un ús importants en diversos camps a causa de les seves propietats i beneficis únics. En aquesta guia completa, aprofundirem en la definició, composició i aplicacions dels LED UV amb molt de detall.

Definició de LED UV:

Els LED UV són fonts de llum en estat sòlid que emeten llum ultraviolada en el rang de longitud d’ona de 200 a 400 nanòmetres (NM). Pertanyen a la família més àmplia de LED, però estan dissenyats específicament per produir radiacions ultraviolades. La llum UV emesa es divideix en tres categories basades en la longitud d’ona: UVA (315-400 nm): llum ultraviolada d’ona llarga, sovint coneguda com a “llum negra”, utilitzada en aplicacions com la detecció de falsificació, forenses i curació UV. UVB (280-315 nm): llum ultraviolada d’ona mitjana, utilitzada en aplicacions com tractaments mèdics, esterilització i adob. UVC (200-280 nm): llum ultraviolada d’ona curta, coneguda per les seves propietats germicides i àmpliament utilitzada per a la desinfecció i l’esterilització. Composició de LEDs UV:

Els LED UV comparteixen una composició similar a altres LED, que consisteixen en diversos components i materials clau que treballen junts per produir llum ultraviolada. Els components principals d’un LED UV són:

a. Material semiconductor: El cor d’un LED UV és un material semiconductor, normalment compost per aliatges com el nitrur de gali (GAN) o el carbur de silici (sic). Aquests materials tenen un ampli grup de banda, que els permet emetre llum ultraviolada quan s’energitza.

b. Junction PN: El material de semiconductor està dopat per crear una unió PN, formant el límit entre les regions de tipus P i N tipus N. Aquesta unió permet el flux de corrent a través del LED.

c. Elèctrodes: la unió PN està connectada a dos elèctrodes, un ànode (positiu) i un càtode (negatiu). Aquests elèctrodes faciliten el flux de corrent a través del LED.

d. Encapsulat: els LED UV s’encapsulen normalment en un paquet protector de materials com l’epoxi o la silicona. Aquest encapsulació no només protegeix el delicat material de semiconductor, sinó que també ajuda a donar forma i dirigir la llum UV emesa.

Aplicacions de LED UV:

Els LED UV ofereixen una àmplia gamma d’aplicacions per les seves propietats i capacitats úniques. Algunes de les aplicacions comunes dels LED UV inclouen:

a. Esterilització i desinfecció: els LED UVC són altament eficaços per matar o inactivar microorganismes com bacteris, virus i motlles. Troben aplicacions en sistemes de purificació d’aigua i aire, esterilització superficial i entorns sanitaris.

b. Curació UV: els LED UV s’utilitzen àmpliament en els processos de curació UV, on proporcionen la radiació ultraviolada necessària per curar o endurir materials com adhesius, recobriments i tintes. La curació UV ofereix avantatges com ara temps de curació ràpida, reducció del consum d’energia i la qualitat del producte millorat.

c. Anàlisi de fluorescència: els LED UV s’utilitzen en tècniques d’anàlisi de fluorescència, on exciten les molècules i materials fluorescents. Això permet aplicacions com la microscòpia de fluorescència, la citometria de flux, l’anàlisi d’ADN, la detecció de falsificacions i els forenses.

d. Phototeràpia: els LED UVB s’utilitzen en dispositius de fototeràpia per al tractament de determinades condicions de la pell com la psoriasi, el vitiligen i l’èczema. L’exposició controlada a la llum UVB ajuda a alleujar els símptomes i promoure la curació.

e. Horticultura: els LED UV, especialment les longituds d’ona UVA i UVB, tenen un paper en els sistemes d’il·luminació d’horticultura. Poden estimular el creixement de les plantes, influir en la floració i la fructificació i millorar la qualitat i la productivitat de les plantes.

f. Bug Zappers: els leds UV que emeten llum UVA s’utilitzen habitualment en els zappers d’errors per atraure i eliminar insectes. Els insectes són atrets per la llum UV i després són electrocutats o atrapats.

g. Aplicacions forenses: els LED UV són eines essencials en investigacions forenses. Poden revelar evidències ocultes com ara taques de sang, empremtes dactilars, líquids corporals i materials falsificats que no són visibles en condicions d’il·luminació normals.

h. Aplicacions dentals: els LED UV s’utilitzen en llums de curació dental per curar compostos i adhesius dentals. La longitud d’ona i la intensitat precises de la llum UV garanteixen un guarniment i unió òptimes de materials dentals.

i. Tractament de l’aigua: els LED UVC s’utilitzen en sistemes de tractament d’aigua del punt d’ús per desinfectar l’aigua destruint microorganismes nocius. Aquests sistemes proporcionen aigua potable segura en llocs remots, cases i instal·lacions sanitàries.

j. Llits d'adobament: els LED UVB s'utilitzen en llits d'adobament comercials per proporcionar una dosi controlada de llum UV per al bronzejat artificial. Aquests LED emeten longituds d'ona UVB que són responsables de la producció de melanina a la pell.

Avantatges i limitacions dels LED UV:

Els LED UV ofereixen diversos avantatges respecte a les fonts tradicionals de llum ultraviolada, com ara les làmpades de mercuri. Alguns dels avantatges clau inclouen:

a. Eficiència energètica: els LED UV són altament eficients energèticament i consumeixen significativament menys potència en comparació amb les làmpades UV tradicionals. D’aquesta manera es produeix menors costos d’energia i un impacte ambiental reduït.

b. Llarga vida: els LED UV tenen una vida operativa més llarga, normalment desenes de milers d’hores, en comparació amb la vida útil limitada de les làmpades tradicionals. D’aquesta manera es redueix la freqüència de reemplaçaments, estalviant temps i costos de manteniment.

c. Instant/desactivat: els LED UV tenen un temps de resposta ràpid i es poden activar o desactivar a l’instant. No es requereix un període d’escalfament ni refrigeració, permetent un control precís i un estalvi d’energia.

d. Mida compacta: els LED UV són compactes i lleugers, permetent una integració flexible en diversos dispositius i sistemes. Això els fa adequats per a aplicacions portàtils i dissenys miniaturitzats.

e. Emissió de banda estreta: els LED UV emeten llum en intervals específics de longitud d’ona, permetent l’orientació precisa d’aplicacions que requereixen longituds d’ona UV específiques. Això permet un major control i eficiència en aplicacions com l’anàlisi de fluorescència i la fototeràpia.

f. Amabilitat mediambiental: els LED ultraviolats no contenen materials perillosos com el mercuri, que es troba habitualment a les làmpades tradicionals. Això fa que els LED UV siguin més respectuosos amb el medi ambient i més fàcil de disposar.

Malgrat els seus avantatges, els LED UV també tenen algunes limitacions que cal considerar:
a. Potència de sortida limitada: els LED UV tenen actualment una potència de sortida inferior en comparació amb les làmpades tradicionals UV. Això pot limitar el seu ús en aplicacions que requereixen radiació UV d’alta intensitat.
b. Range de longitud d’ona limitada: els LED UV estan disponibles predominantment als intervals UVA, UVB i UVC. És possible que altres longituds d'ona UV específiques fora d'aquests intervals no es puguin aconseguir fàcilment amb la tecnologia actual.
c. Cost: el cost inicial dels LED UV pot ser més elevat en comparació amb les làmpades UV tradicionals. No obstant això, a mesura que la tecnologia avança i augmenta els volums de producció, es preveu que el cost disminueixi.
d. Sensibilitat a la calor: els LED UV són sensibles a la calor i la calor excessiva pot reduir el seu rendiment i la seva vida útil. Les tècniques adequades de gestió de la calor i el refredament adequat són fonamentals per a un funcionament òptim.

Desenvolupaments i investigacions futures:

El camp de la tecnologia LED UV està evolucionant contínuament i els investigadors investiguen activament nous materials, estructures i tècniques de fabricació per millorar l'eficiència del LED UV, la potència de sortida i la fiabilitat. Algunes àrees de recerca en curs i de futurs desenvolupaments en LED UV inclouen:

a. Eficiència millorada: els investigadors es centren en millorar l’eficiència dels LED UV explorant nous materials de semiconductors, optimitzant dissenys de dispositius i reduint les pèrdues d’energia. Aquests esforços tenen com a objectiu augmentar la conversió de l’energia elèctrica en llum UV, donant lloc a una eficiència global més elevada.

b. Interval de longitud d'ona estesa: els LEDs UV actuals es limiten a intervals específics de longitud d'ona. Els investigadors s’estan esforçant a desenvolupar LED UV que puguin emetre llum a les noves longituds d’ona, ampliant la gamma d’aplicacions i permetent un control més precís en diversos camps.

c. Potència elevada: el desenvolupament de LED UV amb una potència de sortida més elevada és un àmbit de recerca activa. L’augment de la potència de sortida dels LED UV obriria noves possibilitats en aplicacions industrials que requereixen una radiació UV intensa, com ara litografia, curació i processament de materials.

d. Tècniques avançades d’envasos: els investigadors estan explorant tècniques d’embalatge avançades per millorar la gestió tèrmica dels LED UV. Inclou el desenvolupament de nous materials amb alta conductivitat tèrmica i dissenys innovadors d’envasos que dissipen la calor de manera més eficient.