Loại nguồn xử lý bằng tia cực tím nào được áp dụng trong hệ thống xử lý bằng tia cực tím?

Hơi thủy ngân, đi-ốt phát quang (LED) và chất kích thích là những công nghệ đèn xử lý tia cực tím riêng biệt. Mặc dù cả ba đều được sử dụng trong các quá trình polyme hóa quang học khác nhau để liên kết ngang các loại mực, lớp phủ, chất kết dính và ép đùn, nhưng các cơ chế tạo ra năng lượng tia cực tím bức xạ cũng như các đặc tính của quang phổ đầu ra tương ứng là hoàn toàn khác nhau. Hiểu được những khác biệt này là công cụ hữu ích trong việc phát triển ứng dụng và công thức, lựa chọn và tích hợp nguồn xử lý bằng tia cực tím.

Đèn hơi thủy ngân

Cả đèn hồ quang điện cực và đèn vi sóng không có điện cực đều thuộc loại hơi thủy ngân. Đèn hơi thủy ngân là một loại đèn phóng điện khí, áp suất trung bình, trong đó một lượng nhỏ thủy ngân nguyên tố và khí trơ được hóa hơi thành plasma bên trong ống thạch anh kín. Plasma là một loại khí ion hóa ở nhiệt độ cực cao có khả năng dẫn điện. Nó được tạo ra bằng cách đặt một điện áp giữa hai điện cực trong đèn hồ quang hoặc bằng cách cho đèn không có điện cực vào lò vi sóng bên trong vỏ hoặc khoang có khái niệm tương tự như lò vi sóng gia dụng. Sau khi bay hơi, plasma thủy ngân phát ra ánh sáng phổ rộng qua các bước sóng tia cực tím, khả kiến ​​và hồng ngoại.

Trong trường hợp đèn hồ quang điện, một điện áp đặt vào sẽ cung cấp năng lượng cho ống thạch anh kín. Năng lượng này làm bay hơi thủy ngân thành plasma và giải phóng các electron từ các nguyên tử bị bốc hơi. Một phần electron (-) chảy về phía điện cực vonfram dương hoặc cực dương (+) của đèn và đi vào mạch điện của hệ thống UV. Các nguyên tử bị thiếu electron mới trở thành các cation có năng lượng dương (+) chảy về phía điện cực vonfram hoặc cathode tích điện âm của đèn (-). Khi chúng di chuyển, các cation tấn công các nguyên tử trung tính trong hỗn hợp khí. Tác động chuyển electron từ các nguyên tử trung tính sang cation. Khi các cation nhận thêm electron, chúng rơi vào trạng thái có năng lượng thấp hơn. Sự chênh lệch năng lượng được giải phóng dưới dạng các photon tỏa ra từ ống thạch anh. Với điều kiện đèn được cấp nguồn phù hợp, được làm mát đúng cách và hoạt động trong thời gian sử dụng hữu ích, nguồn cung cấp liên tục các cation (+) mới được tạo ra sẽ bị hút về phía điện cực âm hoặc cực âm (-), tấn công nhiều nguyên tử hơn và tạo ra sự phát xạ tia UV liên tục. Đèn vi sóng hoạt động theo cách tương tự, ngoại trừ vi sóng, còn được gọi là tần số vô tuyến (RF), thay thế mạch điện. Vì đèn vi sóng không có điện cực vonfram và chỉ đơn giản là một ống thạch anh kín chứa thủy ngân và khí trơ nên chúng thường được gọi là không có điện cực.

Đầu ra tia cực tím của đèn hơi thủy ngân băng thông rộng hoặc quang phổ rộng trải dài các bước sóng tia cực tím, khả kiến ​​và hồng ngoại với tỷ lệ gần như bằng nhau. Phần tia cực tím bao gồm hỗn hợp các bước sóng UVC (200 đến 280 nm), UVB (280 đến 315 nm), UVA (315 đến 400 nm) và UVV (400 đến 450 nm). Đèn phát ra tia UVC ở bước sóng dưới 240 nm tạo ra ozone và cần xả hoặc lọc.

Quang phổ đầu ra của đèn hơi thủy ngân có thể được thay đổi bằng cách thêm một lượng nhỏ chất tạp chất, chẳng hạn như: sắt (Fe), gali (Ga), chì (Pb), thiếc (Sn), bismuth (Bi), hoặc indi (In). ). Các kim loại được thêm vào làm thay đổi thành phần của plasma và do đó làm thay đổi năng lượng được giải phóng khi các cation thu được electron. Đèn có thêm kim loại được gọi là halogenua pha tạp, phụ gia và kim loại. Hầu hết các loại mực, chất phủ, chất kết dính và ép đùn có công thức UV đều được thiết kế để phù hợp với đầu ra của đèn pha tạp thủy ngân- (Hg) hoặc sắt- (Fe) tiêu chuẩn. Đèn pha tạp sắt chuyển một phần đầu ra tia cực tím sang bước sóng dài hơn, gần khả kiến, dẫn đến khả năng thâm nhập tốt hơn thông qua các công thức dày hơn, có nhiều sắc tố hơn. Công thức tia cực tím có chứa titan dioxide có xu hướng xử lý tốt hơn với đèn pha tạp gali (GA). Điều này là do đèn gali chuyển một phần đáng kể phát ra tia cực tím sang bước sóng dài hơn 380 nm. Vì các chất phụ gia titan dioxide thường không hấp thụ ánh sáng trên 380 nm nên việc sử dụng đèn gali có công thức màu trắng cho phép các chất xúc tác quang hấp thụ nhiều năng lượng tia cực tím hơn so với các chất phụ gia.

Cấu hình quang phổ cung cấp cho người lập công thức và người dùng cuối hình ảnh trực quan về cách phân bổ đầu ra bức xạ của một thiết kế đèn cụ thể trên phổ điện từ. Trong khi thủy ngân bay hơi và kim loại phụ gia có đặc tính bức xạ xác định, hỗn hợp chính xác của các nguyên tố và khí trơ bên trong ống thạch anh cùng với thiết kế hệ thống xử lý và cấu tạo đèn đều ảnh hưởng đến lượng tia cực tím phát ra. Quang phổ đầu ra của đèn không tích hợp được cấp điện và đo bởi nhà cung cấp đèn ngoài trời sẽ có quang phổ đầu ra khác với đèn gắn trong đầu đèn có gương phản xạ và làm mát được thiết kế phù hợp. Cấu hình quang phổ có sẵn từ các nhà cung cấp hệ thống UV và rất hữu ích trong việc phát triển công thức và lựa chọn đèn.

Cấu hình quang phổ chung vẽ biểu đồ bức xạ quang phổ trên trục y và bước sóng trên trục x. Bức xạ quang phổ có thể được hiển thị theo nhiều cách bao gồm giá trị tuyệt đối (ví dụ W/cm2/nm) hoặc các phép đo tùy ý, tương đối hoặc chuẩn hóa (không có đơn vị). Các cấu hình thường hiển thị thông tin dưới dạng biểu đồ đường hoặc biểu đồ thanh nhóm đầu ra thành các dải 10 nm. Biểu đồ đầu ra quang phổ của đèn hồ quang thủy ngân sau đây cho thấy bức xạ tương đối theo bước sóng đối với các hệ thống của GEW (Hình 1).

HÌNH 1 »Biểu đồ đầu ra quang phổ cho thủy ngân và sắt.
Đèn là thuật ngữ dùng để chỉ ống thạch anh phát tia UV ở Châu Âu và Châu Á, trong khi Bắc và Nam Mỹ có xu hướng sử dụng hỗn hợp bóng đèn và đèn có thể hoán đổi cho nhau. Cả đèn và đầu đèn đều đề cập đến cụm lắp ráp hoàn chỉnh chứa ống thạch anh và tất cả các bộ phận cơ và điện khác.

Đèn hồ quang điện cực

Hệ thống đèn hồ quang điện cực bao gồm đầu đèn, quạt làm mát hoặc máy làm lạnh, nguồn điện và giao diện người-máy (HMI). Đầu đèn bao gồm đèn (bóng đèn), gương phản xạ, vỏ hoặc vỏ kim loại, cụm cửa chớp và đôi khi là cửa sổ thạch anh hoặc dây bảo vệ. GEW gắn các ống thạch anh, gương phản xạ và cơ cấu cửa chớp bên trong cụm hộp cassette có thể dễ dàng tháo ra khỏi vỏ hoặc vỏ đầu đèn bên ngoài. Việc tháo băng GEW thường được thực hiện trong vòng vài giây bằng cách sử dụng một cờ lê Allen. Bởi vì đầu ra tia cực tím, kích thước và hình dạng tổng thể của đầu đèn, tính năng hệ thống và nhu cầu thiết bị phụ trợ khác nhau tùy theo ứng dụng và thị trường, hệ thống đèn hồ quang điện cực thường được thiết kế cho một loại ứng dụng nhất định hoặc các loại máy tương tự.

Đèn hơi thủy ngân phát ra ánh sáng 360° từ ống thạch anh. Hệ thống đèn hồ quang sử dụng chóa phản xạ nằm ở hai bên và phía sau đèn để thu và tập trung nhiều ánh sáng hơn đến một khoảng cách xác định phía trước đầu đèn. Khoảng cách này được gọi là tiêu điểm và là nơi có bức xạ lớn nhất. Đèn hồ quang thường phát ra khoảng 5 đến 12 W/cm2 ở tiêu điểm. Vì khoảng 70% tia UV phát ra từ đầu đèn đến từ tấm phản quang nên điều quan trọng là phải giữ cho tấm phản quang sạch sẽ và thay thế chúng định kỳ. Không làm sạch hoặc thay thế tấm phản xạ là nguyên nhân phổ biến dẫn đến việc chữa trị không hiệu quả.

Trong hơn 30 năm, GEW đã không ngừng nâng cao hiệu suất của các hệ thống xử lý, tùy chỉnh các tính năng và sản lượng để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng và thị trường cụ thể, đồng thời phát triển một danh mục lớn các phụ kiện tích hợp. Do đó, các sản phẩm thương mại ngày nay của GEW kết hợp các thiết kế vỏ nhỏ gọn, gương phản xạ được tối ưu hóa để phản xạ tia cực tím lớn hơn và giảm tia hồng ngoại, cơ chế cửa chớp tích hợp yên tĩnh, vỏ lưới và khe, cấp liệu bằng vỏ sò, chèn nitơ, đầu điều áp dương, màn hình cảm ứng giao diện người vận hành, nguồn điện thể rắn, hiệu suất hoạt động cao hơn, giám sát đầu ra tia cực tím và giám sát hệ thống từ xa.

Khi đèn điện cực áp suất trung bình đang chạy, nhiệt độ bề mặt thạch anh nằm trong khoảng từ 600 ° C đến 800 ° C, và nhiệt độ plasma bên trong là vài nghìn độ C. Không khí cưỡng bức là phương tiện chính để duy trì nhiệt độ vận hành đèn chính xác và loại bỏ một phần năng lượng hồng ngoại bức xạ. GEW cung cấp không khí này một cách tiêu cực; điều này có nghĩa là không khí được kéo qua vỏ, dọc theo gương phản xạ và đèn, thoát ra khỏi bộ phận và ra khỏi máy hoặc bề mặt xử lý. Một số hệ thống GEW như E4C sử dụng làm mát bằng chất lỏng, cho phép sản lượng tia cực tím lớn hơn một chút và giảm kích thước tổng thể của đầu đèn.

Đèn hồ quang điện cực có chu kỳ làm nóng và làm nguội. Đèn được đánh với khả năng làm mát tối thiểu. Điều này cho phép plasma thủy ngân tăng lên đến nhiệt độ hoạt động mong muốn, tạo ra các electron và cation tự do, đồng thời cho phép dòng điện chạy qua. Khi tắt đầu đèn, quá trình làm mát tiếp tục chạy trong vài phút để làm mát đều ống thạch anh. Đèn quá ấm sẽ không sáng lại và phải tiếp tục nguội. Độ dài của chu kỳ khởi động và làm nguội cũng như sự xuống cấp của các điện cực trong mỗi lần điện áp tấn công là lý do tại sao cơ cấu cửa chớp khí nén luôn được tích hợp vào cụm đèn hồ quang điện cực GEW. Hình 2 thể hiện đèn hồ quang điện cực làm mát bằng không khí (E2C) và làm mát bằng chất lỏng (E4C).

HÌNH 2 »Đèn hồ quang điện cực làm mát bằng chất lỏng (E4C) và làm mát bằng không khí (E2C).

Đèn LED UV

Chất bán dẫn là vật liệu rắn, tinh thể có tính dẫn điện. Dòng điện chạy qua chất bán dẫn tốt hơn chất cách điện nhưng không tốt bằng chất dẫn điện kim loại. Các chất bán dẫn xuất hiện tự nhiên nhưng kém hiệu quả bao gồm các nguyên tố silicon, germani và selen. Chất bán dẫn được chế tạo tổng hợp được thiết kế cho công suất và hiệu suất là vật liệu hỗn hợp có tạp chất được ngâm tẩm chính xác trong cấu trúc tinh thể. Trong trường hợp đèn LED UV, nhôm gallium nitride (AlGaN) là vật liệu được sử dụng phổ biến.

Chất bán dẫn là nền tảng cho thiết bị điện tử hiện đại và được thiết kế để tạo thành bóng bán dẫn, điốt, điốt phát sáng và bộ vi xử lý. Các thiết bị bán dẫn được tích hợp vào các mạch điện và gắn bên trong các sản phẩm như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng, thiết bị gia dụng, máy bay, ô tô, bộ điều khiển từ xa và thậm chí cả đồ chơi trẻ em. Những bộ phận nhỏ bé nhưng mạnh mẽ này giúp các sản phẩm hàng ngày hoạt động được đồng thời giúp các sản phẩm trở nên nhỏ gọn, mỏng hơn, trọng lượng nhẹ và giá cả phải chăng hơn.

Trong trường hợp đặc biệt của đèn LED, vật liệu bán dẫn được thiết kế và chế tạo chính xác sẽ phát ra các dải ánh sáng có bước sóng tương đối hẹp khi kết nối với nguồn điện một chiều. Ánh sáng chỉ được tạo ra khi dòng điện chạy từ cực dương (+) sang cực âm (-) của mỗi đèn LED. Vì đầu ra LED được điều khiển nhanh chóng, dễ dàng và gần như đơn sắc nên đèn LED rất phù hợp để sử dụng làm: đèn báo; tín hiệu liên lạc hồng ngoại; đèn nền cho TV, máy tính xách tay, máy tính bảng và điện thoại thông minh; bảng hiệu điện tử, bảng quảng cáo và jumbotron; và xử lý bằng tia cực tím.

Đèn LED là một điểm nối dương-âm (ngã ba pn). Điều này có nghĩa là một phần của đèn LED có điện tích dương và được gọi là cực dương (+), phần còn lại có điện tích âm và được gọi là cực âm (-). Trong khi cả hai bên đều tương đối dẫn điện thì ranh giới tiếp giáp nơi hai bên gặp nhau, được gọi là vùng cạn kiệt, lại không dẫn điện. Khi cực dương (+) của nguồn điện một chiều (DC) được nối với cực dương (+) của đèn LED và cực âm (-) của nguồn được nối với cực âm (-), các electron tích điện âm ở cực âm và các chỗ trống electron tích điện dương ở cực dương bị nguồn điện đẩy lùi và đẩy về phía vùng cạn kiệt. Đây là độ lệch thuận và nó có tác dụng vượt qua ranh giới không dẫn điện. Kết quả là các electron tự do ở vùng loại n đi qua và lấp đầy chỗ trống trong vùng loại p. Khi các electron di chuyển qua ranh giới, chúng chuyển sang trạng thái có năng lượng thấp hơn. Sự giảm năng lượng tương ứng được giải phóng khỏi chất bán dẫn dưới dạng photon ánh sáng.

Các vật liệu và chất tạp chất tạo nên cấu trúc tinh thể của đèn LED quyết định đầu ra quang phổ. Ngày nay, các nguồn chữa bệnh LED có bán trên thị trường có đầu ra tia cực tím tập trung ở 365, 385, 395 và 405 nm, dung sai điển hình là ±5 nm và phân bố quang phổ Gaussian. Bức xạ quang phổ cực đại (W/cm2/nm) càng lớn thì đỉnh của đường cong hình chuông càng cao. Trong khi quá trình phát triển UVC đang diễn ra trong khoảng từ 275 đến 285 nm, sản lượng, tuổi thọ, độ tin cậy và chi phí vẫn chưa khả thi về mặt thương mại đối với các hệ thống và ứng dụng xử lý.

Do đầu ra UV-LED hiện bị giới hạn ở bước sóng UVA dài hơn nên hệ thống xử lý UV-LED không phát ra đặc tính đầu ra quang phổ băng thông rộng của đèn hơi thủy ngân áp suất trung bình. Điều này có nghĩa là hệ thống xử lý UV-LED không phát ra tia UVC, UVB, hầu hết ánh sáng nhìn thấy được và các bước sóng hồng ngoại sinh nhiệt. Mặc dù điều này cho phép các hệ thống sấy khô bằng đèn LED UV được sử dụng trong các ứng dụng nhạy cảm với nhiệt hơn, nhưng các loại mực, lớp phủ và chất kết dính hiện có được chế tạo cho đèn thủy ngân áp suất trung bình phải được điều chỉnh lại cho các hệ thống sấy khô bằng đèn LED UV. May mắn thay, các nhà cung cấp hóa chất đang ngày càng thiết kế các sản phẩm như phương pháp chữa bệnh kép. Điều này có nghĩa là công thức xử lý kép nhằm xử lý bằng đèn UV-LED cũng sẽ xử lý bằng đèn hơi thủy ngân (Hình 3).

HÌNH 3 »Biểu đồ quang phổ đầu ra cho đèn LED.

Hệ thống bảo dưỡng UV-LED của GEW phát ra công suất lên tới 30 W/cm2 tại cửa sổ phát ra. Không giống như đèn hồ quang điện cực, hệ thống bảo dưỡng UV-LED không kết hợp các bộ phản xạ hướng tia sáng đến tiêu điểm tập trung. Kết quả là bức xạ cực đại UV-LED xảy ra gần cửa sổ phát xạ. Các tia UV-LED phát ra sẽ phân tán lẫn nhau khi khoảng cách giữa đầu đèn và bề mặt xử lý tăng lên. Điều này làm giảm nồng độ ánh sáng và cường độ bức xạ tới bề mặt xử lý. Mặc dù bức xạ cực đại rất quan trọng đối với liên kết ngang, nhưng bức xạ ngày càng cao hơn không phải lúc nào cũng có lợi và thậm chí có thể ức chế mật độ liên kết ngang lớn hơn. Bước sóng (nm), bức xạ (W/cm2) và mật độ năng lượng (J/cm2) đều đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và tác động tổng hợp của chúng đối với việc xử lý cần được hiểu rõ trong quá trình lựa chọn nguồn UV-LED.

Đèn LED là nguồn Lambertian. Nói cách khác, mỗi đèn LED UV phát ra đầu ra đồng đều về phía trước trên toàn bộ bán cầu 360° x 180°. Vô số đèn LED UV, mỗi đèn có kích thước milimet vuông, được sắp xếp thành một hàng, một ma trận gồm các hàng và cột hoặc một số cấu hình khác. Các cụm lắp ráp con này, được gọi là mô-đun hoặc mảng, được thiết kế với khoảng cách giữa các đèn LED đảm bảo hòa trộn giữa các khoảng trống và tạo điều kiện làm mát đi-ốt. Sau đó, nhiều mô-đun hoặc mảng được sắp xếp thành các cụm lớn hơn để tạo thành các hệ thống xử lý bằng tia cực tím có kích cỡ khác nhau (Hình 4 và 5). Các thành phần bổ sung cần thiết để xây dựng hệ thống xử lý UV-LED bao gồm tản nhiệt, cửa sổ phát ra, bộ điều khiển điện tử, nguồn điện DC, hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoặc máy làm lạnh và giao diện người máy (HMI).

HÌNH 4 »Hệ thống LeoLED cho web.

HÌNH 5 »Hệ thống LeoLED để lắp đặt nhiều đèn tốc độ cao.

Vì hệ thống xử lý UV-LED không phát ra bước sóng hồng ngoại. Chúng vốn truyền ít năng lượng nhiệt đến bề mặt xử lý hơn so với đèn hơi thủy ngân, nhưng điều này không có nghĩa là đèn LED UV nên được coi là công nghệ xử lý lạnh. Hệ thống sấy khô bằng đèn LED UV có thể phát ra bức xạ cực đại rất cao và bước sóng tia cực tím là một dạng năng lượng. Bất cứ thứ gì đầu ra không được hấp thụ bởi chất hóa học sẽ làm nóng phần bên dưới hoặc chất nền cũng như các bộ phận máy xung quanh.

Đèn LED UV cũng là các thành phần điện kém hiệu quả do thiết kế và chế tạo chất bán dẫn thô cũng như các phương pháp sản xuất và các bộ phận được sử dụng để đóng gói đèn LED vào bộ phận bảo dưỡng lớn hơn. Trong khi nhiệt độ của ống thạch anh hơi thủy ngân phải được giữ ở mức từ 600 đến 800 °C trong khi hoạt động, nhiệt độ điểm nối pn LED phải duy trì dưới 120 °C. Chỉ 35-50% điện năng cung cấp cho dãy đèn LED UV được chuyển đổi thành đầu ra tia cực tím (phụ thuộc vào bước sóng cao). Phần còn lại được chuyển thành nhiệt nhiệt phải được loại bỏ để duy trì nhiệt độ tiếp giáp mong muốn và đảm bảo độ bức xạ, mật độ năng lượng và tính đồng nhất của hệ thống cũng như tuổi thọ lâu dài. Đèn LED vốn là thiết bị thể rắn có tuổi thọ cao và việc tích hợp đèn LED vào các cụm lớn hơn với hệ thống làm mát được thiết kế và bảo trì phù hợp là rất quan trọng để đạt được các thông số kỹ thuật có tuổi thọ cao. Không phải tất cả các hệ thống xử lý bằng tia cực tím đều giống nhau, và các hệ thống xử lý bằng tia UV-LED được thiết kế và làm mát không đúng cách có nhiều khả năng bị quá nhiệt và hỏng hóc nghiêm trọng.

Đèn lai hồ quang/LED

Ở bất kỳ thị trường nào mà công nghệ hoàn toàn mới được giới thiệu để thay thế cho công nghệ hiện có, có thể có sự lo lắng về việc áp dụng cũng như sự hoài nghi về hiệu suất. Người dùng tiềm năng thường trì hoãn việc áp dụng cho đến khi hình thành cơ sở cài đặt vững chắc, các nghiên cứu trường hợp được xuất bản, những lời chứng thực tích cực bắt đầu được lan truyền rộng rãi và/hoặc họ có được trải nghiệm trực tiếp hoặc tài liệu tham khảo từ các cá nhân và công ty mà họ biết và tin tưởng. Bằng chứng cứng rắn thường được yêu cầu trước khi toàn bộ thị trường từ bỏ hoàn toàn cái cũ và chuyển đổi hoàn toàn sang cái mới. Chẳng ích gì khi những câu chuyện thành công có xu hướng được giữ bí mật chặt chẽ vì những người chấp nhận sớm không muốn đối thủ cạnh tranh nhận ra những lợi ích tương đương. Kết quả là, cả những câu chuyện thực tế và phóng đại về sự thất vọng đôi khi có thể vang vọng khắp thị trường, ngụy trang cho giá trị thực sự của công nghệ mới và khiến việc áp dụng tiếp tục bị trì hoãn.

Trong suốt lịch sử, và như một biện pháp chống lại việc áp dụng miễn cưỡng, các thiết kế lai thường được coi là cầu nối chuyển tiếp giữa công nghệ hiện tại và công nghệ mới. Kết hợp cho phép người dùng có được sự tự tin và tự xác định cách thức và thời điểm nên sử dụng các sản phẩm hoặc phương pháp mới mà không phải hy sinh khả năng hiện tại. Trong trường hợp xử lý bằng tia cực tím, hệ thống lai cho phép người dùng chuyển đổi nhanh chóng và dễ dàng giữa đèn hơi thủy ngân và công nghệ LED. Đối với các dây chuyền có nhiều trạm xử lý, hệ thống lai cho phép máy ép chạy 100% đèn LED, 100% hơi thủy ngân hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của hai công nghệ này được yêu cầu cho một công việc nhất định.

GEW cung cấp hệ thống lai hồ quang/LED cho bộ chuyển đổi web. Giải pháp này được phát triển cho thị trường lớn nhất của GEW, nhãn web hẹp, nhưng thiết kế kết hợp cũng được sử dụng trong các ứng dụng web và không phải web khác (Hình 6). Arc/LED kết hợp với vỏ đầu đèn thông thường có thể chứa hơi thủy ngân hoặc băng LED. Cả hai băng cassette đều chạy bằng hệ thống điều khiển và nguồn điện đa năng. Trí thông minh trong hệ thống cho phép phân biệt giữa các loại băng cassette và tự động cung cấp nguồn điện, làm mát và giao diện vận hành phù hợp. Việc tháo hoặc lắp hộp đèn LED hoặc hơi thủy ngân của GEW thường được thực hiện trong vòng vài giây bằng cách sử dụng một cờ lê Allen.

HÌNH 6 »Hệ thống Arc/LED cho web.

Đèn Excimer

Đèn Excimer là một loại đèn phóng khí phát ra năng lượng cực tím gần như đơn sắc. Trong khi đèn kích thích có nhiều bước sóng, đầu ra tia cực tím thông thường tập trung ở 172, 222, 308 và 351 nm. Đèn kích thích 172 nm nằm trong dải UV chân không (100 đến 200 nm), trong khi 222 nm chỉ dành riêng cho UVC (200 đến 280 nm). Đèn kích thích 308nm phát ra tia UVB (280 đến 315 nm) và 351 nm là tia UVA rắn (315 đến 400 nm).

Bước sóng UV chân không 172nm ngắn hơn và chứa nhiều năng lượng hơn UVC; tuy nhiên, chúng gặp khó khăn để thâm nhập rất sâu vào các chất. Trên thực tế, các bước sóng 172 nm được hấp thụ hoàn toàn trong phạm vi 10 đến 200 nm của chất hóa học có công thức UV. Do đó, đèn kích thích 172nm sẽ chỉ liên kết chéo bề mặt ngoài cùng của công thức UV và phải được tích hợp kết hợp với các thiết bị xử lý khác. Vì các bước sóng UV trong chân không cũng bị không khí hấp thụ nên đèn kích thích 172 nm phải được vận hành trong môi trường trơ ​​nitơ.

Hầu hết các đèn kích thích bao gồm một ống thạch anh đóng vai trò như một rào cản điện môi. Ống chứa đầy khí hiếm có khả năng hình thành các phân tử excimer hoặc exiplex (Hình 7). Các loại khí khác nhau tạo ra các phân tử khác nhau và các phân tử bị kích thích khác nhau sẽ xác định bước sóng nào được phát ra từ đèn. Một điện cực cao áp chạy dọc theo chiều dài bên trong của ống thạch anh và các điện cực nối đất chạy dọc theo chiều dài bên ngoài. Điện áp được truyền vào đèn ở tần số cao. Điều này làm cho các electron di chuyển bên trong điện cực bên trong và phóng điện qua hỗn hợp khí về phía các điện cực nối đất bên ngoài. Hiện tượng khoa học này được gọi là phóng điện rào cản điện môi (DBD). Khi các electron di chuyển trong chất khí, chúng tương tác với các nguyên tử và tạo ra các dạng mang năng lượng hoặc bị ion hóa tạo ra các phân tử excimer hoặc exiplex. Các phân tử Excimer và exciplex có tuổi thọ cực kỳ ngắn và khi chúng phân hủy từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản, các photon có phân bố gần như đơn sắc sẽ được phát ra.

HÌNH 7 »Đèn Excimer

Không giống như đèn hơi thủy ngân, bề mặt ống thạch anh của đèn excimer không bị nóng. Kết quả là, hầu hết các loại đèn Excimer đều hoạt động với mức độ làm mát rất ít. Trong các trường hợp khác, yêu cầu mức độ làm mát thấp thường được cung cấp bởi khí nitơ. Do tính ổn định nhiệt của đèn, đèn Excimer sẽ 'BẬT/TẮT' ngay lập tức và không cần chu kỳ khởi động hoặc làm mát.

Khi đèn Excimer bức xạ ở bước sóng 172 nm được tích hợp kết hợp với cả hệ thống xử lý bằng đèn LED UVA-LED gần như đơn sắc và đèn hơi thủy ngân băng thông rộng, hiệu ứng mờ trên bề mặt sẽ được tạo ra. Đèn LED UVA lần đầu tiên được sử dụng để tạo gel hóa học. Sau đó, đèn kích thích gần như đơn sắc được sử dụng để polyme hóa bề mặt và cuối cùng đèn thủy ngân băng thông rộng liên kết ngang phần còn lại của hóa học. Đầu ra quang phổ độc đáo của ba công nghệ được áp dụng trong các giai đoạn riêng biệt mang lại hiệu quả xử lý bề mặt chức năng và quang học có lợi mà không thể đạt được bằng bất kỳ nguồn UV nào.

Các bước sóng Excimer 172 và 222 nm cũng có hiệu quả trong việc tiêu diệt các chất hữu cơ độc hại và vi khuẩn có hại, điều này làm cho đèn Excimer trở nên hữu ích trong việc làm sạch, khử trùng và xử lý năng lượng bề mặt.

Tuổi thọ bóng đèn

Về tuổi thọ của đèn hoặc bóng đèn, đèn hồ quang của GEW thường lên tới 2.000 giờ. Tuổi thọ của bóng đèn không phải là tuyệt đối vì lượng tia UV phát ra giảm dần theo thời gian và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Thiết kế và chất lượng của đèn cũng như điều kiện hoạt động của hệ thống UV và khả năng phản ứng của công thức. Hệ thống UV được thiết kế phù hợp đảm bảo cung cấp nguồn điện và khả năng làm mát chính xác theo yêu cầu của thiết kế đèn (bóng đèn) cụ thể.

Đèn (bóng đèn) do GEW cung cấp luôn mang lại tuổi thọ cao nhất khi sử dụng trong hệ thống bảo dưỡng GEW. Các nguồn cung cấp thứ cấp thường thiết kế ngược đèn từ một mẫu và các bản sao có thể không chứa cùng một đầu nối, đường kính thạch anh, hàm lượng thủy ngân hoặc hỗn hợp khí, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến lượng tia cực tím phát ra và sinh nhiệt. Khi nhiệt sinh ra không cân bằng với khả năng làm mát hệ thống, đèn sẽ bị ảnh hưởng cả về công suất lẫn tuổi thọ. Đèn chạy mát hơn sẽ phát ra ít tia UV hơn. Đèn chạy nóng hơn không bền được lâu và bị cong vênh ở nhiệt độ bề mặt cao.

Tuổi thọ của đèn hồ quang điện cực bị giới hạn bởi nhiệt độ hoạt động của đèn, số giờ chạy và số lần khởi động hoặc đánh. Mỗi lần bóng đèn bị hồ quang điện áp cao chiếu vào trong quá trình khởi động, một chút điện cực vonfram sẽ bị mòn đi. Cuối cùng, đèn sẽ không sáng trở lại. Đèn hồ quang điện cực kết hợp các cơ chế màn trập mà khi hoạt động sẽ chặn tia UV phát ra như một giải pháp thay thế cho việc bật đèn liên tục. Nhiều loại mực, lớp phủ và chất kết dính phản ứng hơn có thể mang lại tuổi thọ bóng đèn dài hơn; trong khi đó, công thức ít phản ứng hơn có thể yêu cầu thay đèn thường xuyên hơn.

Hệ thống UV-LED vốn có tuổi thọ cao hơn so với đèn thông thường, nhưng tuổi thọ của UV-LED cũng không phải là tuyệt đối. Giống như các loại đèn thông thường, đèn LED UV có giới hạn về mức độ khó điều khiển và thường phải hoạt động với nhiệt độ tiếp giáp dưới 120 ° C. Đèn LED chạy quá mức và đèn LED làm mát dưới mức sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ, dẫn đến xuống cấp nhanh hơn hoặc hỏng hóc nghiêm trọng. Không phải tất cả các nhà cung cấp hệ thống UV-LED hiện đều cung cấp các thiết kế đáp ứng được tuổi thọ cao nhất được thiết lập trên 20.000 giờ. Các hệ thống được thiết kế và bảo trì tốt hơn sẽ có tuổi thọ hơn 20.000 giờ, còn các hệ thống kém hơn sẽ hỏng hóc trong thời gian ngắn hơn nhiều. Tin tốt là các thiết kế hệ thống đèn LED tiếp tục được cải tiến và tồn tại lâu hơn sau mỗi lần lặp lại thiết kế.

ozon
Khi bước sóng UVC ngắn hơn tác động đến các phân tử oxy (O2), chúng khiến các phân tử oxy (O2) phân tách thành hai nguyên tử oxy (O). Các nguyên tử oxy tự do (O) sau đó va chạm với các phân tử oxy khác (O2) và tạo thành ozone (O3). Vì trioxygen (O3) kém ổn định hơn trên mặt đất so với dioxygen (O2), nên ozone dễ dàng chuyển đổi thành phân tử oxy (O2) và nguyên tử oxy (O) khi nó trôi qua không khí trong khí quyển. Các nguyên tử oxy tự do (O) sau đó kết hợp lại với nhau trong hệ thống xả để tạo ra các phân tử oxy (O2).

Đối với các ứng dụng xử lý bằng tia cực tím công nghiệp, ozone (O3) được tạo ra khi oxy trong khí quyển tương tác với các bước sóng cực tím dưới 240 nm. Các nguồn xử lý bằng hơi thủy ngân băng thông rộng phát ra tia UVC trong khoảng từ 200 đến 280 nm, phủ lên một phần vùng tạo ra ozone, và đèn kích thích phát ra tia UV chân không ở bước sóng 172 nm hoặc UVC ở bước sóng 222 nm. Ozone được tạo ra bởi hơi thủy ngân và đèn xử lý bằng chất kích thích không ổn định và không phải là mối lo ngại đáng kể về môi trường, nhưng cần phải loại bỏ nó khỏi khu vực xung quanh người lao động vì nó là chất gây kích ứng đường hô hấp và độc hại ở mức cao. Vì các hệ thống xử lý UV-LED thương mại phát ra tia UVA có bước sóng từ 365 đến 405 nm nên ozone không được tạo ra.

Ozone có mùi tương tự như mùi kim loại, dây cháy, clo và tia lửa điện. Các giác quan khứu giác của con người có thể phát hiện ozone ở mức thấp từ 0,01 đến 0,03 phần triệu (ppm). Mặc dù nó thay đổi tùy theo từng người và mức độ hoạt động, nhưng nồng độ lớn hơn 0,4 ppm có thể dẫn đến các tác động xấu đến hô hấp và đau đầu. Cần lắp đặt hệ thống thông gió thích hợp trên dây chuyền xử lý bằng tia cực tím để hạn chế công nhân tiếp xúc với ozon.

Hệ thống xử lý bằng tia cực tím thường được thiết kế để chứa khí thải khi nó rời khỏi đầu đèn để nó có thể được dẫn ra khỏi người vận hành và bên ngoài tòa nhà, nơi nó phân hủy một cách tự nhiên khi có oxy và ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, đèn không chứa ozone kết hợp chất phụ gia thạch anh ngăn chặn các bước sóng tạo ra ozone và các cơ sở muốn tránh ống dẫn hoặc lỗ cắt trên mái nhà thường sử dụng bộ lọc ở lối ra của quạt hút.