हाल ही में, चांगचुन इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स, फाइन मैकेनिक्स एंड फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के ली डाबिंग और सन जियाओजुआन की शोध टीम और वुहान विश्वविद्यालय के स्टेट की लेबोरेटरी ऑफ वायरोलॉजी के जू के की शोध टीम ने तनाव इंजीनियरिंग, उपकरण तैयार करने और मजबूत संपीड़ित तनाव AlN/नीलम टेम्पलेट सब्सट्रेट्स पर एपिटैक्सियल AlGaN-आधारित गहरी पराबैंगनी एलईडी की डिवाइस तैयारी, साथ ही मानव श्वसन आरएनए वायरस की स्वच्छता दक्षता पर शोध। 256 एनएम, 265 एनएम और 278 एनएम की विभिन्न शिखर तरंग दैर्ध्य के साथ AlGaN-आधारित गहरे पराबैंगनी एलईडी तैयार किए गए, जिनका मानव श्वसन आरएनए वायरस पर उत्कृष्ट स्वच्छता प्रभाव था।
पृष्ठभूमि:
मानव श्वसन आरएनए वायरस, जैसे SARS-CoV-2 और इन्फ्लूएंजा A (IAV), दुनिया भर में महत्वपूर्ण रुग्णता, मृत्यु दर, आर्थिक हानि और महामारी रोग का कारण बनते हैं। इसलिए, मानव श्वसन आरएनए वायरस संचरण के जोखिम को कम करने के लिए अधिक कुशल और व्यापक-स्पेक्ट्रम सतह और पर्यावरणीय कीटाणुशोधन विधियों को विकसित करने की आवश्यकता है।
गहरी पराबैंगनी रोशनी उनके जीनोम को बाधित करके वायरस को निष्क्रिय करने का एक प्रभावी तरीका है। मरकरी लैंप का उपयोग आमतौर पर वायरस को साफ करने के लिए किया जाता है, लेकिन इसमें विषाक्तता, भंगुरता, भारीपन, कम जीवनकाल और ओजोन उत्पादन के नुकसान हैं। मिनामाटा कन्वेंशन के तहत, पारा युक्त उत्पादों का उत्पादन, आयात और निर्यात 2020 से प्रतिबंधित है। पर्यावरण के अनुकूल और कुशल स्वच्छता उत्पाद की तत्काल आवश्यकता है। AlGaN डीप UV LED को 365 एनएम से 210 एनएम तक ट्यून किया जा सकता है और यह उनके गैर-प्रदूषण, छोटे आकार और ऊर्जा की बचत के कारण पारा लैंप स्टरलाइज़ेशन का एक विकल्प है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।
अध्ययनों से पता चला है कि AlGaN-आधारित गहरी पराबैंगनी एलईडी एस्चेरिचिया कोली, स्टैफिलोकोकस ऑरियस और कैंडिडा अल्बिकन्स जैसे बैक्टीरिया को प्रभावी ढंग से निष्क्रिय कर सकती हैं, और विभिन्न बैक्टीरिया में अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के लिए अलग-अलग संवेदनशीलता होती है। 260 एनएम से नीचे की तरंग दैर्ध्य का बैक्टीरिया पर अच्छा निष्क्रियण प्रभाव होता है। हालाँकि, SAR-CoV और IAV पर AlGaN-आधारित LED के स्वच्छता प्रभाव पर शोध आमतौर पर 265 ~ 365 एनएम पर केंद्रित है, और इसमें एक एकीकृत प्रकाश स्रोत मोड और कम वायरस एकाग्रता है। अधिक पोर्टेबल, कम-तरंग दैर्ध्य AlGaN-आधारित गहरे UV LED द्वारा SARS-CoV -2 और IAV की निष्क्रियता का अधिक सटीक अनुमान लगाया जाना चाहिए।
AlGaN-आधारित गहरे UV LED आमतौर पर AlN/नीलम टेम्पलेट्स पर हेटेरोएपिटैक्सियल होते हैं। पिछले दो दशकों में, विभिन्न तरीकों के माध्यम से उच्च गुणवत्ता वाले एएलएन/नीलम टेम्पलेट प्राप्त किए गए हैं, जिनमें से उच्च तापमान एनीलिंग विधि अपनी सादगी, दक्षता और स्थिरता के कारण शायद सबसे आशाजनक औद्योगिक अनुप्रयोग है। हालाँकि, उच्च तापमान वाले हॉट-एनील्ड AlN/नीलम टेम्पलेट आमतौर पर मजबूत संपीड़न तनाव प्रदर्शित करते हैं, जो ऊपरी AlGaN की गुणवत्ता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं।
एक ओर, मजबूत संपीड़न तनाव एसके विकास पैटर्न को प्रेरित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक त्रि-आयामी द्वीप संरचना होती है जो उच्च-घनत्व थ्रेड अव्यवस्था और खुरदरी सतहों का उत्पादन करती है। दूसरी ओर, मजबूत संपीड़न तनाव कर्षण प्रभाव का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अमानवीय संरचना और कम डोपिंग दक्षता होती है। इसके अलावा, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान मजबूत संपीड़न तनाव से डिवाइस खराब होने की संभावना है। इसलिए, मजबूत संपीड़न तनाव AlN/नीलम टेम्पलेट पर एपिटैक्सियल उपकरणों के लिए मजबूत संपीड़न तनाव की छूट आवश्यक है।
अनुसंधान की मुख्य विशेषताएं:
उपरोक्त समस्याओं के जवाब में, चांगचुन इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स, फाइन मैकेनिक्स एंड फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के ली डाबिंग और सन ज़ियाओजुआन की शोध टीम और वुहान विश्वविद्यालय के स्टेट की लेबोरेटरी ऑफ वायरोलॉजी के जू के की शोध टीम ने तनाव पर काम किया। इंजीनियरिंग, उपकरण की तैयारी और मजबूत संपीड़ित तनाव AlN/नीलम टेम्पलेट सब्सट्रेट्स पर एपिटैक्सियल AlGaN-आधारित गहरी पराबैंगनी एलईडी की उपकरण तैयारी, साथ ही मानव श्वसन आरएनए वायरस को साफ करने में उपकरणों की दक्षता पर शोध।
यह पाया गया है कि दृढ़ता से संपीड़ित तनाव AlN/नीलम सब्सट्रेट और AlGaN एपिटैक्सियल परत के बीच एक सुपरलैटिस संरचना डालने से, एपिटैक्सियल परत पर सब्सट्रेट के मजबूत संपीड़ित तनाव को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, और AlGaN एपिटैक्सियल परत का अव्यवस्था घनत्व है प्रत्यक्ष एपिटैक्सियल विधि की तुलना में परिमाण के एक क्रम से अधिक कम हो गया है, और सतह में परमाणु-स्तर का चपटापन है, जो एपिटैक्सियल एलईडी की इंटरफ़ेस गुणवत्ता में काफी सुधार कर सकता है।
इस पद्धति के आधार पर, अनुसंधान टीम ने 256 एनएम, 265 एनएम और 278 एनएम की विभिन्न चरम तरंग दैर्ध्य के साथ AlGaN-आधारित गहरी पराबैंगनी एलईडी का निर्माण किया, जो 100 mA पर 6.8 mW, 9.6 mW और 12.5 mW की ऑप्टिकल शक्तियों के अनुरूप है।
साथ ही, अनुसंधान दल ने एक ही ऑप्टिकल पावर घनत्व ({{2%) पर मानव श्वसन आरएनए वायरस SARS-CoV-2, IAV और मानव पैरेन्फ्लुएंजा वायरस (HPIV) पर विभिन्न तरंग दैर्ध्य के स्वच्छता प्रभाव का अध्ययन किया। 8 मेगावाट/सेमी2). परिणामों से पता चला कि सभी तरंग दैर्ध्य एलईडी 3.8×105 पीएफयू/एमएल की वायरस सांद्रता पर 60 सेकंड के भीतर 100% SARS-CoV -2 और IAV को स्वच्छ कर देते हैं। उनमें से, 256 एनएम-एलईडी 10 सेकंड में 100% SARS-CoV और IAV को सैनिटाइज़ कर सकते हैं, जो लंबी-तरंगदैर्ध्य एलईडी की तुलना में अधिक सैनिटाइज़ दक्षता दर्शाता है।
इसके अलावा, उच्च वायरस सांद्रता और विभिन्न वायरस लगाव सतहों पर, 256 एनएम-एलईडी ने भी उत्कृष्ट स्वच्छता प्रभाव दिखाया। ये परिणाम गहरे यूवी एलईडी को अधिक पोर्टेबल, पर्यावरण के अनुकूल, व्यापक-स्पेक्ट्रम और कुशल तरीके से वायरस कीटाणुरहित करने में मदद करेंगे।
चित्र.1 AlGaN-आधारित गहरी पराबैंगनी एलईडी की कार्यशील तरंग दैर्ध्य और संरचना और स्वच्छता के क्षेत्र में इसका अनुप्रयोग
यह कार्य "उच्च तापमान-एनील्ड एएलएन/नीलम टेम्पलेट पर प्रकाश उत्सर्जक डायोड से गहरे पराबैंगनी विकिरण द्वारा मानव श्वसन आरएनए वायरस का तेजी से निष्क्रियता" विषय पर आधारित है। यह शीर्षक ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक एडवांस, अंक 9, 2023 में प्रकाशित हुआ था। .
