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首先可能要帮大家复习一下以前课堂上讲过的紫外线UV,如图一所示是电磁波的光谱,从最短的伽马射线到最长的无线电波都属于电磁波,而光是电磁波的一种,紫外线UV是介于200纳米到410纳米波段的电磁波,根据光量子论,波长越短的光,能量越强,对生物的破坏性越大,紫外线UV就是这样的光,本来我们的太阳射到地球的光谱里是有这个波段的,但是由于地球大气层的保护,尤其是大气的臭氧层吸收太阳光谱的紫外线(UV),所以破坏力如此巨大的电磁波才没有进入我们的生活环境,万物才得以在地球繁衍,生生不息。
根据UV能量的大小不同,其实就是波长的不同,我们又把UV分成三种,它们分别是:
UVA(320~410nm)
UVB(280nm~320nm)
UVC(200nm~280nm)
那么问题来了,除了太阳光谱里面的UV光,我们人类要如何得到UV光呢?
第一种方法就是寻找一种原子。他的电子激发态与基态的能量差刚好在紫外线的范围,我们知道电子在原子轨道的跃迁会以电磁波的形式做能量的转换,很幸运的是我们的周期表内有这样的元素刚好符合这样的要求。
但是很不幸的是,这个元素是对人类或地球环境有害的汞,俗称水银,汞灯或俗称水银灯是目前紫外线消毒,固化与曝光最主流的产品,甚至日光灯管与节能灯也是汞灯最大的应用之一,这种灯的原理很简单,阴极射线管打出的高能电子激发汞蒸汽的原子呈激发态,激发态电子回到基态放出紫外光,如果外面涂上红绿蓝RGB的荧光粉,就是日光灯或节能灯。
第二种方法就是利用半导体发光原理来制造UV波段的光源,大家都知道氮化铝到氮化镓或铟镓氮(InGaN)系列的三五族半导体材料的禁带宽度(band gap)刚好落在蓝光到紫外光波段之间,但是如何生长这样的材料始终无法解决,所以这样的想法一直持续到上个世纪九零年代初,直到后来得了诺贝尔奖的日亚化学的中村修二博士与名古屋大学的赤崎勇和田野浩教授团队的一系列突破才开始了氮化镓时代,如图三所示,利用铝銦镓氮材料的配比变化,我们可以做出各种不同波段的紫外线与可见光。(此处看不懂也没关系,只要记住我们人类可以通过一些材料的配比,造出比肩紫外线的光即可)