新型冠狀病毒SARS-CoV-2(之前稱為2019-nCoV)導致2019年冠狀病毒病(COVID-19)，如今正在全球肆虐。全世界都特別關注尋找與這種新型冠狀病毒作鬥爭的方法。這其中包括美國加州大學聖巴巴拉分校固態照明與能源電子中心(SSLEEC)和成員公司。那裏的研究人員正在開發紫外線發光二極管(LED)以便能夠去除物體表麵---潛在的空氣和水---因接觸SARS-CoV-2而受到的汙染。

        加州大學聖巴巴拉分校材料博士研究員Christian Zollner說，“一種主要應用是在醫療領域---對HVAC係統內的個人防護設備、表麵和地板等進行消毒。”他的工作重點是推進用於公共衛生和淨化的深紫外線LED技術。他補充說，在醫療領域，UV-C消毒產品的市場已經很小。

        確實，人們開始關注紫外線對這種新型冠狀病毒的滅活作用。作為一項技術，紫外線消毒已經存在了一段時間。盡管具有實用性，但尚未顯示出大規模阻止SARS-CoV-2傳播的效果。紫外線具有很多前景：SSLEEC成員公司首爾半導體公司在4月初報告，他們的紫外線LED產品“在30秒內對SARS-CoV-2進行99.9%的消毒處理”。他們的技術目前正被應用於汽車中，用於紫外線LED燈中對未使用的車輛內部進行消毒。

        值得注意的是，並不是所有的紫外線波長都是一樣的。紫外線A(UV-A)和紫外線B(UV-B)具有重要的用途，在地球上它們大多是從太陽光線中獲得的，但是紫外線C(UV-C)較為罕見，是用於淨化空氣和水以及滅活微生物的首選紫外線。UV-C隻能通過人工過程產生。

        Zollner說，“與當前消毒技術最相關的260～285nm範圍內的UV-C也對人體皮膚有害，因此，它目前主要用於在沒人的環境中進行消毒。”實際上，世界衛生組織(WHO)警告不要使用紫外線消毒燈對手或皮膚的其他區域進行消毒，即使短暫暴露於UV-C光線也可能導致灼傷和眼睛傷害。

        在COVID-19疫情在全球爆發之前，來自SSLEEC的材料科學家們已在研究UV-C LED技術。電磁頻譜的這一領域是固態照明的一個相對較新的前沿領域。Zollner認為，UV-C通常是通過汞蒸氣燈產生的，“要使得UV LED在效率、成本、可靠性和使用壽命方麵發揮它的潛力，還需要許多技術進步。”

        在一項新的研究中，來自SSLEEC的研究人員報告了一種更優雅地製造高品質深紫外線(UV-C)LED的方法，它涉及在碳化矽(SiC)襯底上沉積半導體合金氮化鋁镓(AlGaN)膜，這不同於更廣泛使用的藍寶石襯底(sapphire substrate)。相關研究結構近期發表在ACS Photonics期刊上，論文標題為“AlGaN Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Grown on SiC Substrates”。

        Zollner認為，與使用藍寶石相比，使用碳化矽作為襯底可以更有效地和更經濟地生長出高品質的UV-C半導體材料。他解釋說，這是由於這些材料的原子結構匹配得非常緊密。

        他說，“根據一般經驗，襯底和半導體膜在結構上(在原子晶體結構方麵)彼此越相似，就越容易獲得高質量的材料。”質量越好，LED的效率和性能就越好。藍寶石在結構上是不同的，生產無瑕疵和沒有錯位的材料通常需要複雜的附加步驟。Zollner說，碳化矽並不是完美的搭配，但無需昂貴的附加步驟就可實現高質量。

        此外，根據Zollner的說法，碳化矽比“理想的”氮化鋁襯底便宜得多，從而使得它更易於批量生產。

        當這些研究人員開發他們的UV-C LED技術時，便攜式、速效的水消毒是他們考慮的主要應用之一;這種二極管的耐用性、可靠性和小巧的外形將會在世界上那些缺乏清潔水的欠發達地區引發變革。

        COVID-19疫情的出現增加了另一個層麵的應用。隨著在世界範圍內尋找針對這種疾病的疫苗、藥物和治愈方法，消毒、去除汙染和隔離是我們保護自己的少數武器，這些解決方案將需要在全球範圍內推廣。Zollner說，除了用於水衛生目的的UV-C之外，UV-C還可以被整合到沒有人時開啟的係統中。

        他說：“這將為公共、零售、個人和醫療場所的消毒提供一種低成本的便捷的不使用化學藥品的方法。”

        但是就目前而言，還需耐心等待，這是因為Zollner和他的同事們正在等待這次流行病的結束。在加州大學聖塔芭芭拉分校，為了盡量減少人與人之間的接觸，這方麵的研究進展放慢了。

        他說，“一旦在加州大學聖塔芭芭拉分校開展的研究活動恢複，我們的下一步就是繼續改進我們的AlGaN/SiC平台，以有望生產出世界上最高效的UV-C發射器。”