2018年04月26日

水乃博士の「水と緑の話」 UV-LEDの水処理適用

UV-LED 紫外線を発する発光ダイオードについて

水乃博士が、最近の水処理装置技術で感心した“UV-LED照射装置”についての話をしたい。

まず、LEDとは何か? light-emitting diode;発光ダイオードのこと。
なぜ半導体チップが光るのか: LEDチップの基本構造は、P型半導体( + :positive 正孔が多い半導体)とN型半導体( - :negative 電子が多い半導体)が接合された「PN接合」で構成されます。LEDチップに順方向の電圧をかけると、LEDチップの中を電子と正孔が移動し電流が流れます。移動の途中で電子と正孔がぶつかると結合(この現象を再結合という)し、再結合された状態では、電子と正孔がもともと持っていたエネルギーよりも、小さなエネルギーになります。その時に生じた余分なエネルギーが光のエネルギーに変換され発光します。赤や青、緑の光を発するものがあるのは、LEDチップに使われる化合物の種類にあります。Ga(ガリウム)、N(窒素)、 In(インジウム)、Al(アルミニウム)、P(リン)など、半導体を構成する化合物によって、放出される光の波長が異なります。(Panasonic Biz 参照、引用)
LED 発光と添加金属類.png

最近、その添加する化合物に、P(リン)、B(ボロン)を加えて、基盤素材にダイヤモンド(Carbon の結晶)を用いることにより、特に短波長の紫外線(250nm 以下)を出すことができるようになりました。(つくば、物質・材料研究機構発表)
その応用が、水処理、空気清浄向けの殺菌灯、有機物分解向けの UV-LEDです。
これまでの材料配合では、350nm付近までの波長であり殺菌用途ではまだ不十分とされていたものが、235nmの光も出すところに到達しました。
まだまだ、照射量の設定や、波長の調整、寿命の考え方(一般では70%減を寿命4万時間)、装置の構成の仕方などの課題はありながらも、すでに殺菌性能は十分保証できている模様です。これまでの紫外線ランプでは、水銀を使っていること、電気使用量が多いこと、寿命が短い;1万時間)、壊れやすい、ランプ外筒管が高価などの問題がありました。

こうした新しい技術により、より環境にやさしい方法で水処理が行われ、きれいな水環境が作られることを大いに期待します。


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posted by 水乃博士 at 16:18| Comment(0) | 技術、開発、水処理、放射性物質 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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