紫外线如何产生臭氧的?

2021-12-11 860

 理论上,光子能量高于键能即可打断化学键。所以波长短于243 nm的紫外线都能激发空气或水中的氧气产生臭氧。波长高于243 nm的UVC-LED不产生臭氧。

低压汞灯会产生臭氧,因为蒸气压在1.3~13P低压汞灯发光光谱中天然有185nm的真空紫外线。这种紫外线会激发空气中的氧气产生化合反应变成臭氧。这本质上是紫外线打断了氧气分子中的氧氧共价键,再和氧气分子结合形成了O3。UVC-LED不会产生臭氧,因为氧氧共价键键能高达5.1eV,对应需要波长至少短于243nm的紫外线才能够打断,最终生成臭氧。

2. LED为什么不产生臭氧?

低压汞灯通过控制蒸气压提高了短波紫外线的能级跃迁概率,但还会伴随其它跃迁,以254和185nm发光为主。UVC-LED第一能级跃迁概率占主要,所以发光纯粹,常见UVC-LED波长高于255 nm。 

低压汞灯是一种气体光源,它的激发态能级位置已经由汞这种物质决定了。所以虽然有高压、中压、低压汞灯,但蒸气压大小的区别主要还只是调节了不同激发态之间跃迁的概率大小,也就是不同特征峰的相对强度。所以低压汞灯以254和185nm发光为主。UVC-LED作为一种量子阱结构的AlGaN半导体发光二极管,E0跃迁占主导,峰值波长只有一个,例如275nm,可以发现,深紫外LED光谱主峰的半高宽显著低于蓝光,也是因为量子阱发光比多尺寸量子点发光器件的电子跃迁更加单一。因为目前可量产的UVC-LED的发光波长还没有低于243nm的,所以杀菌消毒用的深紫外UVC-LED,不产生臭氧。

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