Pandemia Covid-19 arată importanța prevenirii transmiterii virale în cât mai multe moduri posibile. Pe lângă transmiterea prin aerosoli în aer, contactul cu o suprafață are un efect semnificativ asupra ratelor de infectare cu virusul SARS-CoV-2, precum și cu multe altele, cum ar fi gripa, care afectează societatea. Pentru a face față acestei pandemii și pentru a limita amenințarea altor virusuri care ar putea apărea în viitor, decontaminarea activă a suprafețelor în mediile industriale, medicale, de transport public și comerciale este esențială. Lumina UV-C devine un instrument important pentru realizarea decontaminării.
Cu lungimi de undă cuprinse între 200 și 280 nm, UV-C reprezintă partea cea mai energetică a benzii ultraviolete al spectrului electromagnetic. Abilitatea luminii UV-C de a dezactiva virușii este cunoscută încă de la începutul secolului XX . Lumina este foarte eficientă în ruperea legăturilor chimice importante din AND-ul și ARN-ul particulelor de virus. Acest proces le dezactivează și le aduce într-o stare inofensivă. Din păcate, UV-C atacă și ADN-ul din propriul nostru corp. Acest lucru a limitat în mod tradițional utilizarea radiațiilor UV-C pentru sterilizare la scenarii în care lumina poate fi conținută într-o incintă. Printre exemple se numără camerele de sterilizare și compartimentele de curățare din interiorul unităților de aer condiționat.
Un alt dezavantaj tradițional al UV-C este costul și disponibilitatea surselor de lumină, care se bazează în mare parte pe lămpile cu vapori de mercur. Aceste lămpi nu sunt doar costisitoare, ci prezintă și un risc de poluare. Acest lucru a limitat utilizarea tehnicii la aplicații în care trebuie decontaminate doar suprafețe mici.
Inteligența artificială bazată pe senzori în aplicații de robotică sprijină implementarea UV-C
SU CULBN1.VC – OSRAM Opto Semiconductors
Având în vedere necesitatea de a controla răspândirea virusului SARS-CoV-2, atenția s-a îndreptat către modul în care poate fi utilizată lumina UV-C pentru tratarea unor suprafețe mai mari. Îmbunătățirile tehnologice au făcut mai sigură, mai rentabilă și mai practică introducerea iradierii UV-C într-o gamă mult mai largă de aplicații. O schimbare importantă este disponibilitatea din ce în ce mai mare a inteligenței artificiale (AI) bazate pe senzori, care poate determina când este sigur să se utilizeze UV-C. Un exemplu în acest sens este utilizarea UV-C pentru a curăța comenzile din lift. Sursa de lumină poate fi setată să se activeze doar atunci când liftul este gol, asigurându-se că tastatura este pregătită pentru următorul utilizator.
SU CULDN1.VC – OSRAM Opto Semiconductors
O altă schimbare este abilitatea de a utiliza robotica pentru a controla aplicarea de UV-C, ceea ce, la rândul său, ajută la reducerea unui dezavantaj cheie al sterilizării bazate pe lumină: efectul de umbrire. Lumina poate steriliza doar suprafețele pe care le atinge, ceea ce poate face dificilă sterilizarea completă a unei încăperi în care sunt prezente paturi și echipamente medicale, deoarece acestea se vor obstrucționa reciproc. Roboții pot analiza formele și pot calcula traiectorii care să maximizeze acoperirea suprafeței și să combată efectele umbrelor. Deși primele proiecte (cum ar fi cel testat pentru dezinfectarea autobuzelor din Shanghai, unde tunelurile care serveau pentru spălarea autobuzelor au fost transformate în spații pentru dezinfectare) foloseau surse de lumină UV-C amplasate manual într-o matrice fixă, utilizarea roboților mobili facilitează asigurarea acoperirii suprafețelor care, în mod normal, ar fi fost umbrite în cazul unui sistem de iluminare fix, de exemplu umbrele datorate spătarelor scaunelor. În mod similar, roboții mobili ar putea asigura răspândirea uniformă a razelor UV-C în cadrul unui spital, atunci când salonul pentru pacienți este gol. Chiar și cu o acoperire de bază, s-a demonstrat că tratamentul cu UV-C este mai eficient decât curățarea manuală cu dezinfectant. Iradierea cu UV-C se poate face în mai puțin de 10 minute, comparativ cu 40 de minute pentru tratamentul chimic.
Costul și disponibilitatea sunt factori esențiali
Tehnologia LED, la rândul său, abordează problema disponibilității surselor de lumină rentabile. LED-urile sunt de mult timp capabile să producă lumină UV. LED-ul este o componentă importantă a multor produse de iluminat în care se utilizează un fosfor alb pentru a converti UV-ul generat de o matrice de LED-uri, bazată pe materiale de nitrură de galiu, în lumină vizibilă utilizabilă. Cu toate acestea, lungimile de undă mai scurte din banda UV-C necesită forme noi de materiale care să încorporeze nitrură de galiu.
LED-urile UV-C de astăzi folosesc nitrură de aluminiu și galiu (AlGaN), mai degrabă decât nitrură de indiu și galiu (InGaN), care este folosită la LED-urile albastre și verzi. Există suficiente elemente comune între ele pentru a utiliza procese de epitaxie similare, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate fie nitrură de galiu, fie siliciu sau carbură de siliciu. Principala diferență constă în necesitatea ca aceste plachete să poată suporta temperaturi mai ridicate în timpul procesării. Sunt necesare temperaturi de până la 1400°C pentru a depune cristale de AlGaN de înaltă calitate prin epitaxie.
Produse UV-C de înaltă intensitate pentru decontaminare
Producătorii au rezolvat problemele de producție și acum vin pe piață cu surse UV-C de înaltă eficiență bazate pe tehnologia LED. Osram Opto Semiconductors a lansat o pereche de LED-uri UV-C cu o lungime de undă maximă de 275 nm. Modelul SU CULBN1.VC este optimizat pentru o utilizare cu consum redus de putere, fiind potrivit pentru aplicații portabile sau echipamente de uz casnic, cu un flux radiant de ieșire de 4,7mW și un unghi de 120° de semi-intensitate. Cu același unghi de jumătate de intensitate și o putere de emisie de până la 42mW, modelul SU CULDN1.VC se potrivește aplicațiilor care necesită niveluri ridicate de acoperire cu UV-C pe o suprafață mare, cum ar fi curățarea vehiculelor sau tratarea aerului și a apei la scară largă.
Un factor cheie în proiectarea celor două produse Osram este utilizarea unei singure amprente. Prin utilizarea unei singure dimensiuni a capsulei, produsele suportă proiectarea unor game de echipamente care permit acoperirea diferitelor piețe țintă printr-o soluție unitară. Utilizarea unei capsule ceramice oferă o durată de viață operațională și o rezistență termică îndelungată.
Cu un unghi de 60° la jumătatea intensității și un flux de ieșire de 3,5mW, VLMU35CL2.-275-120 produs de Vishay Semiconductors se potrivește proiectelor care necesită aplicații specifice de UV-C. Membrii CB2 și CT2 ai liniei de produse măresc fluxul de ieșire până la 10mW și, respectiv, 19mW pentru sistemele care trebuie să producă radiații de intensitate mai mare în gama de lungimi de undă de 270nm până la 285nm. Produsele din gama Vishay sunt potrivite pentru aplicațiile industriale care au nevoie de o gamă extinsă de temperatură, cu posibilitatea de a funcționa de la -40°C până la +80°C.
Pentru sistemele care au nevoie de combinații specifice de flux de ieșire, lungime de undă și unghi de iluminare, Intelligent LED Solutions (ILS) a dezvoltat o selecție largă de produse bazate pe tehnologia LED a TSLC. Familiile N3535 și N5050 permit selectarea lungimilor de undă în gamele UV-C de 260-270 nm și 270-290 nm, în plus față de gama 300-320 nm. Acest lucru permite reglarea fină a ieșirii pentru a viza diferiți agenți patogeni.
Optica și măsurătorile sunt esențiale în proiectarea UV-C
Sticla convențională nu este transparentă, dar atât cuarțul, cât și siliconul permit trecerea razelor UV-C. Siliconul convențional utilizat în alte LED-uri se poate degrada în condiții de iradiere UV-C intensă, dar furnizorii au dezvoltat noi formule care permit siliconului să supraviețuiască. Un model obișnuit de încapsulare este cuplarea unei ferestre de cuarț cu o lentilă de focalizare din silicon. Pentru a ajuta la proiectarea sistemelor de iradiere pe suprafață, ILS oferă optica LEDiL VIOLET. Aceasta este o matrice de 12 lentile din silicon pentru a permite co-ambalarea ușoară a mai multor surse de lumină UV-C și este disponibilă cu trei unghiuri ale fasciculului, de 14, 20 și 60 de grade, pentru a permite o mai mare flexibilitate în proiectare.
Având o lungime de undă, care se află în afara domeniului vizibil și care este la fel de periculoasă pentru sănătate ca și pentru viruși, abilitatea de a monitoriza în siguranță emisiile UV-C în timpul proiectării este o cerință vitală. Aparatul de măsurare a luminii UVA/UVC și înregistratorul de date SDL470 fabricat de Extech Instruments oferă mijloacele de înregistrare pentru perioade lungi a performanțelor surselor de lumină UV. Aparatul de înregistrare a datelor (datalogger) are sonde pentru UV-A, precum și pentru UV-C la 254 nm (tipic, lumina UV-C generată de către produsele de sterilizare se află la niveluri mai mici și ating vârful, în mod normal, în jurul valorii de 270 nm). Rata de eșantionare poate fi ajustată în intervalul 1 … 3600 de secunde pentru a permite un compromis între capacitatea de înregistrare pe termen lung și rezoluția temporală.
Dezinfecția UV-C, cu ajutorul tehnologiei LED, conduce la crearea multor aplicații noi pentru o gamă largă de piețe, însă suportul pentru proiectare va fi esențial. Distribuitorii tehnici experimentați, precum Farnell, pot oferi consiliere și asistență profesională pentru a ajuta inginerii să identifice produsele care se potrivesc cel mai bine pentru aplicațiile lor. Pentru a găsi soluții pentru următorul lor proiect, inginerii proiectanți ar trebui să ia în considerare furnizorii lideri de piață, care sunt pionieri în dezvoltarea tehnologiei UV-C. Combinația reușită dintre inteligența artificială bazată pe senzori în aplicații de robotică și automatizare și inovațiile de vârf de pe piață în tehnologia LED are potențialul de a face mai accesibile pentru societate beneficiile UV-C pentru sănătate.
Autor:
Andrew Fawcett, Senior Product Manager, Farnell
https://ro.farnell.com