دیود نورگسیل فرابنفش (Ultraviolet LED - UV LED)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود نورگسیل فرابنفش (Ultraviolet LED - UV LED) :
دیود نورگسیل فرابنفش یا UV LED (Ultraviolet Light Emitting Diode) نوعی دیود نورافشان است که نور در محدوده فرابنفش (Ultraviolet) تولید می کند. این محدوده طول موج از حدود ۱۰۰ نانومتر تا ۴۰۰ نانومتر است. UV LEDها بر اساس طول موج به سه دسته UV-A (۳۱۵-۴۰۰ نانومتر)، UV-B (۲۸۰-۳۱۵ نانومتر)، و UV-C (۱۰۰-۲۸۰ نانومتر) تقسیم می شوند. هر کدام کاربردهای متفاوتی دارند.
ساختار UV LEDها نسبت به LEDهای مرئی پیچیده تر است، زیرا به مواد نیمه هادی با گاف انرژی (Bandgap) بسیار بالا نیاز دارند. ماده اصلی برای UV LEDها، نیترید گالیوم (GaN) و آلومینیوم نیترید گالیوم (AlGaN) است. با افزایش درصد آلومینیوم، گاف انرژی افزایش یافته و طول موج به سمت UV-C کوتاه تر می رود. ساخت این مواد با کیفیت بالا چالش برانگیز است.
پارامترهای مهم UV LED عبارتند از: طول موج پیک (Peak Wavelength)، توان نوری خروجی (Optical Output Power) (که معمولا برای UV-C پایین تر است)، ولتاژ آستانه (Forward Voltage) (معمولا ۳.۵-۶ ولت، بسته به طول موج)، جریان کاری، و زاویه تابش. UV LEDها معمولا نسبت به LEDهای مرئی بازده کمتری دارند.
کاربرد اصلی UV LEDها در گندزدایی (Disinfection) و استریلیزاسیون (Sterilization) است. نور UV-C با طول موج کوتاه (۲۵۴-۲۶۵ نانومتر) می تواند DNA و RNA میکروارگانیسم ها (باکتری ها، ویروس ها) را تخریب کرده و آنها را غیرفعال کند. از UV LEDها در دستگاه های تصفیه آب و هوا، استریلیزاسیون سطوح در بیمارستان ها و صنایع غذایی استفاده می شود.
کاربرد دیگر در پزشکی و زیبایی است. UV-B برای درمان برخی بیماری های پوستی (مانند پسوریازیس) استفاده می شود. UV-A همراه با مواد حساس به نور (Photosensitizers) در فوتودینامیک تراپی (Photodynamic Therapy) برای درمان سرطان های پوستی کاربرد دارد. همچنین در دستگاه های خشک کننده ناخن (UV Nail Lamps) از UV-A استفاده می شود.
در صنعت، UV LEDها برای پخت (Curing) جوهرها، چسب ها، و پوشش ها (UV Curing) استفاده می شوند. این روش به دلیل سرعت بالا، مصرف انرژی کم، و عدم استفاده از حلال ها، نسبت به روش های حرارتی برتری دارد. در چاپگرهای جوهرافشان (Inkjet Printers) برای خشک کردن سریع جوهر، در ساخت PCB برای پخت مقاومت نوری (Photoresist)، و در صنعت چوب و فلز برای پوشش دهی کاربرد دارند.
در تشخیص و اندازه گیری، UV LEDها در فلورسانس (Fluorescence) استفاده می شوند. بسیاری از مواد (مانند اسکناس ها، مواد معدنی، پروتئین ها) تحت تابش UV فلورسانس می کنند. از این خاصیت در تشخیص اسکناس های تقلبی، آنالیز مواد در آزمایشگاه ها، و کروماتوگرافی استفاده می شود.
سری معروف UV LEDها شامل محصولات شرکت هایی مانند Nichia، Seoul Viosys، OSRAM، و LG Innotek است. به عنوان مثال، UV LEDهای سری UV-C از Seoul Viosys (مانند سری CUD7) برای کاربردهای گندزدایی با توان های مختلف (۵-۱۰۰ میلی وات) موجود هستند. UV LEDهای UV-A با توان بالا (چند وات) برای کاربردهای پخت صنعتی استفاده می شوند.
یکی از چالش های UV LEDها، به ویژه UV-C، بازده پایین و طول عمر محدود (در مقایسه با LEDهای مرئی) است. این به دلیل مشکلات در رشد بلورهای AlGaN با کیفیت بالا و همچنین تخریب مواد بسته بندی در معرض UV است. تحقیقات زیادی برای بهبود بازده و طول عمر UV LEDها در حال انجام است.
نکات ایمنی بسیار مهم است. اشعه UV می تواند به چشم و پوست آسیب برساند. هرگز نباید مستقیما به UV LED (به ویژه UV-C) خیره شد و باید از عینک محافظ UV استفاده کرد. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض UV می تواند باعث سرطان پوست و آسیب به چشم شود. استانداردهای ایمنی برای محصولات UV وجود دارد.
در نهایت، UV LEDها یک فناوری در حال رشد با پتانسیل بسیار بالا هستند. با بهبود بازده و کاهش هزینه، آنها در حال جایگزینی لامپ های جیوه ای سنتی در بسیاری از کاربردها هستند. کاربردهای جدیدی مانند تصفیه آب و هوا در وسایل قابل حمل، کشاورزی در گلخانه ها، و حسگرهای پیشرفته در حال ظهور است.
