Skôr než sa pustíme do technológie UV-LED, musíme si najprv objasniť niekoľko základných pojmov, aby sme sa uistili, že diskutujeme o rovnakej téme. Predídete tak nesprávnej interpretácii a vzájomnej-komunikácii. tuUVoznačuje UV-vytvrditeľné materiály, ako sú UV nátery, UV atramenty a UV lepidlá;LEDšpecificky označuje ultrafialové LED svetelné zdroje; aUV-LED je definovaný ako"vytvrdzovanie UV materiálov s použitím zdrojov ultrafialového LED svetla ako zdroja žiarenia".
Ako všetci vieme, konvenčným zdrojom vytvrdzovacieho svetla pre UV nátery je strednotlaková a vysokotlaková{1} ortuťová lampa. V posledných rokoch, poháňané politikami šetrenia energie a ochrany životného prostredia, spolu s rýchlym pokrokom technológie UVLED (ultrafialové LED), ktorá položila základy pre priemyselné-aplikácie, bol trh svedkom prudkého nárastu zavádzania UV-LED. Nové technológie vždy priťahujú širokú pozornosť a nadšenie. Ako odborníci v tomto odvetví sú však nevyhnutné jasné pochopenie UV-LED. Tu by sme sa radi podelili o naše skúsenosti s výskumom v oblasti UV-LED za posledné dva roky.
Posun v zdrojoch svetla (rozdiely medzi LED a ortuťovými výbojkami budú vysvetlené neskôr) viedol k transformácii v systémoch prípravy UV náterov, ako aj k revolúcii v celom procese nanášania a vytvrdzovania. Pre systém UV-LED identifikujeme päť kľúčových smerov výskumu, ktoré zahŕňajú technické aj trhové dimenzie.
Výskum UV-LED fototvrdnutia
Ako už bolo definované vyššie, UV-LED fototvrdnutie sa spolieha naultrafialové LED svetlozdroje na vytvrdzovanie UV materiálov. Preto je dosiahnutie efektívneho vytvrdzovania primárnym cieľom všetkých výskumných snáh. Fototvrdnutie vyžaduje dve nevyhnutné zložky: svetlo (zdroj energie) a UV materiály (receptor). Zmena zdroja svetla nevyhnutne naruší rovnováhu celého systému, pričom jadro leží v interdisciplinárnom výskume a vývoji, aby sa zosúladili UV povlaky so zdrojmi svetla LED.
Je všeobecne známe, že kratšie vlnové dĺžky LED zodpovedajú vyšším energetickým hladinám a vyšším nákladom. Naopak, fotoiniciátory vyžadujúce nižšiu excitačnú energiu majú dlhšie absorpčné vlnové dĺžky a tiež vyžadujú vyššie ceny. Medzi svetelnými zdrojmi a iniciátormi sa tak vytvorí vzťah podobný-hojdačke. Rozšírenie výkonnostných hraníc oboch a identifikácia optimálnej rovnováhy medzi svetelnými zdrojmi LED a UV materiálmi sa preto stali stredobodom iniciatív výskumu a vývoja UV-LED.
Výskum systémov LED svetelných zdrojov
Technológia ortuťových výbojok je z hľadiska vývoja a použitia vysoko vyspelá a dlho sa považuje za štandardný svetelný zdroj. Naproti tomu ultrafialová LED technológia je stále v plienkach a môže sa pochváliť obrovským potenciálom budúceho rastu. Okrem toho je priemyselný reťazec LED veľmi rozsiahly a zahŕňa rast kryštálov, rezanie čipov, balenie čipov, integráciu modulu svetelného zdroja, ako aj riadenie napájania a návrh systému rozptylu tepla. Každá fáza má zásadný vplyv na kvalitu konečného produktu-zdroja svetla UVLED. Pochopenie a rozšírenie hraníc výkonu LED sú preto nevyhnutné pre napredovanie celého ekosystému UV-LED.
Rozdiely medzi svetelnými zdrojmi LED a ortuťovými výbojkami (výhody, nevýhody a bežné mylné predstavy o LED diódach)
Na presadenie sa v konkurencii na trhu je nevyhnutné dôkladné pochopenie vlastných silných stránok a slabých stránok konkurentov. Keďže naším cieľom je nahradiť tradičné ortuťové výbojky UVLED, je dôležité najprv porovnať tieto dve technológie a analyzovať ich výhody, nevýhody a obmedzenia.
UV povlaky vytvrdzujú, pretože fotoiniciátory v ich formuláciách absorbujú ultrafialové svetlo špecifických vlnových dĺžok, pričom vytvárajú voľné radikály (alebo katióny/anióny), ktoré iniciujú polymerizáciu monomérov. Na ilustráciu tohto princípu najprv preskúmame emisné spektrá ortuťových výbojok a ultrafialových LED diód.
Tento graf je klasickým a bežne viditeľným porovnaním emisných spektier UV LED a ortuťových výbojok. Ako je možné vidieť z diagramu, emisné spektrum ortuťovej výbojky je spojité, siahajúce od ultrafialového po infračervený rozsah. Intenzita svetla sa sústreďuje najmä v pásme UVB až po krátko{2}}vlnné UVA pásmo. Naproti tomu emisné spektrum LED je relatívne úzke, pričom dve najbežnejšie vlnové pásma majú špičkové vlnové dĺžky pri 365 nm a 395 nm (vrátane 385 nm, 395 nm a 405 nm).
V súčasnosti primárUV svetlos priemyselnou využiteľnosťou spadá do UVA pásma, konkrétne LED svetelné zdroje s vlnovými dĺžkami 365 nm a 395 nm, ako je znázornené na obrázku 1. V tomto rozsahu vlnových dĺžok väčšina fotoiniciátorov vykazuje relatívne nízke molárne extinkčné koeficienty. V dôsledku toho UV-LED systémy vo všeobecnosti trpia nízkou iniciačnou účinnosťou a výraznou inhibíciou kyslíka, čo je škodlivé pre vytvrdzovanie povrchu.
Poznámka: Tvrdenie mnohých výrobcov UVLED alebo dodávateľov LED UV náterov o „vynikajúcej brúsiteľnosti LED UV náterov“ je, prísne povedané, priamym dôsledkom nedostatočného vytvrdzovania povrchu. Skutočná výzva nespočíva v dosiahnutí dobrej brúsiteľnosti, ale v umožnení kontrolovateľnej brúsiteľnosti-dosiahnutím rovnováhy medzi odolnosťou proti opotrebovaniu a jednoduchosťou brúsenia. Okrem toho sa niektorí výrobcovia uchyľujú k klamlivým praktikám: inštalácia ortuťovej výbojky za pole LED, kde ortuťová výbojka v skutočnosti hrá dominantnú úlohu pri vytvrdzovaní.
Všimli sme si však aj to, že vo vlnových pásmach 365 nm a 395 nm dodávajú LED diódy výrazne vyššiu intenzitu svetla ako ortuťové výbojky, čo uľahčuje hĺbkové vytvrdzovanie{2}} vrstiev UV materiálov.
(Pre referenciu, mnohé tradičné UV vytvrdzovacie systémy obsahujú popri ortuťových lampách aj gáliovú lampu (s dominantnou emisnou vlnovou dĺžkou 415 nm), aby sa zvýšila účinnosť vytvrdzovania v hlbokých{1}}vrstvách.)
Táto mylná predstava zvyčajne vychádza z predpokladu, žeiba 30 % svetla vyžarovaného ortuťovými výbojkami je ultrafialové (UV), zatiaľ čo UVLED vyžarujú 100 % UV svetla. Skutočnými determinantmi spotreby energie-úrovne systému sú však účinnosť fotoelektrickej konverzie a efektívna svetelná účinnosť. Ortuťové výbojky sa v skutočnosti môžu pochváliť vysokou účinnosťou fotoelektrickej konverzie-ich nedostatok spočíva v tom, že veľkú časť vyžarovaného svetla tvoria viditeľné a infračervené lúče, pričom UV svetlo (jediná zložka užitočná na vytvrdzovanie UV materiálov) predstavuje iba 30 %. Na rozdiel od toho majú UVLED výrazne nižšiu účinnosť fotoelektrickej konverzie, ktorá sa v súčasnosti pohybuje okolo 30 % pre vlnové dĺžky UVA (čo je zhruba ekvivalentné účinnosti UV svetla ortuťových lámp).
Podľa zákona o zachovaní energie sa zvyšných 70 % elektrickej energie premení na teplo. To vysvetľuje dva kľúčové rozdiely medzi týmito dvoma technológiami:
LED diódy si získavajú svoju povesť ako „zdroje studeného svetla“, pretože generované teplo sa rozptyľuje zo zadnej strany panelu lampy a zanecháva povrch vyžarujúci svetlo- chladný na dotyk. Naopak, ortuťové výbojky vyžarujú teplo dopredu cez svoje reflektory a infračervené emisie.
To je presne dôvod, prečo zdroje svetla UVLED vo všeobecnosti vyžadujú vzduchové-chladiace systémy a vysokovýkonné-svietidlá UVLED dokonca vyžadujú vodné-chladiace jednotky dimenzované tak, aby zvládli 70 % elektrickej energie zdroja svetla na rozptýlenie tepla hlavy lampy.
Skutočné výhody{0}}úspor energie LED vychádzajú z dvoch jedinečných vlastností: možnosť okamžitého zapnutia/vypnutia a presné ožarovanie prostredníctvom optického dizajnu, ktorý zvyšuje efektívnu svetelnú účinnosť. Využitie týchto výhod si však vyžaduje integráciu s technológiami infračervenej detekcie a inteligentných riadiacich systémov,-ktoré väčšina výrobcov UV LED zariadení na trhu v súčasnosti nemá kapacitu výskumu a vývoja.
Generovanie ozónu: Ich emisné spektrum zahŕňa ďaleko{0}}ultrafialové svetlo pod 200 nm, ktoré produkuje značné množstvo ozónu. (Toto je hlavná príčina štipľavého zápachu, ktorý hlásili továrni pracovníci prevádzkujúci systémy ortuťových výbojok.)
Ortuťové znečistenie z likvidácie: Ortuťové výbojky majú krátku životnosť len 800 – 1 000 hodín. Nesprávna likvidácia použitých lámp vedie k sekundárnemu znečisteniu ortuťou, čo je problém, ktorý je dodnes neriešiteľný.
Správy uvádzajú, že energia potrebná ročne na spracovanie odpadu ortuti je ekvivalentná kombinovanej výrobnej kapacite dvoch priehrad Tri rokliny. Čo je ešte horšie, v súčasnosti neexistuje žiadna životaschopná technológia na úplné odstránenie ortuti z tokov odpadu.
UV LED diódy sú úplne bez týchto problémov. Odkedy 16. augusta 2017 v Číne formálne nadobudol platnosť Minamatský dohovor o ortuti, postupné vyraďovanie-ortuťových výbojok sa dostalo na oficiálnu agendu. Hoci dohovor obsahuje výnimku pre priemyselné ortuťové žiarivky, kde neexistujú žiadne alternatívy, stanovuje sa v ňom aj to, že signatárske strany môžu navrhnúť pridanie takýchto výrobkov do obmedzeného zoznamu, keď budú dostupné životaschopné náhrady. Časová os úplnej fázy-vyradenia ortuťových lámp v aplikáciách UV vytvrdzovania teda úplne závisí od technologického pokroku a industrializácie riešení UV LED.
Podporuje lokalizované presné vytvrdzovanie pre aplikácie, ako je 3D tlač.
Spárovaním LED diód s rôznymi fotoiniciátormi umožňuje presnú kontrolu nad stupňami a hĺbkami vytvrdzovania.
Prispôsobiteľné svetelné zdroje ConfigurationLED sa vyznačujú modulárnym dizajnom korálkov lampy, ktorý umožňuje flexibilné nastavenie dĺžky, šírky a uhla vyžarovania. Táto všestrannosť umožňuje vytvárať bodové svetelné zdroje, líniové svetelné zdroje a plošné svetelné zdroje prispôsobené špecifickým požiadavkám rôznych procesov vytvrdzovania.
Požiadavky na parametre svetelného zdroja pre UV vytvrdzovanie materiálu
vlnová dĺžka:365 nm, 395 nm
Ožiarenie (intenzita svetla, hustota optického výkonu): mW/cm²
Celková energetická dávka: mJ/cm²
Proces fototvrdnutia nemôže pokračovať bez troch základných parametrov uvedených vyššie: vlnová dĺžka, intenzita svetla a celková dávka energie. Vlnová dĺžka určuje, či je možné aktivovať fotoiniciátory; intenzita svetla určuje účinnosť iniciácie UV žiarenia a priamo ovplyvňuje povrchové vytvrdzovanie (odolnosť voči inhibícii kyslíka) a hĺbkové vytvrdzovanie; pričom celková dávka energie zaisťuje dôkladné vytvrdnutie materiálu.
V porovnaní s ortuťovými výbojkami spočíva najvýraznejšia výhoda LED v ich formulovateľných a laditeľných vlastnostiach. V rámci výkonových limitov samotnej LED je možné jej parametre v čo najväčšej miere optimalizovať tak, aby spĺňali špecifické požiadavky na vytvrdzovanie. Pri experimentoch s UV-LED fototvrdnutím je hlavným cieľom neustále rozširovať hranice výkonu svetelného zdroja aj UV materiálov a identifikovať optimálnu rovnováhu medzi nimi. Konkrétne pre LED to znamená určiť ideálne parametre LED svetelného zdroja na základe zloženia náteru, aby sa dosiahli optimálne výsledky vytvrdzovania.
Princíp LED luminiscencie a súčasný stav vývoja UVLED čipov
Na základe princípu elektrónového prechodu (podrobnosti vynechané; zainteresovaní čitatelia sa môžu obrátiť na online zdroje pre viac informácií), keď sa elektróny v atóme vracajú z excitovaného stavu do základného stavu, uvoľňujú energiu vo forme žiarenia s rôznymi vlnovými dĺžkami (tj emitujú elektromagnetické vlny rôznych vlnových dĺžok).
Preto existujú dva hlavné prístupy k výrobe svetelných zdrojov-vyžarujúcich UV žiarenie:
Prvým prístupom je identifikovať atóm, ktorého rozdiel v energii elektrónov medzi excitovaným stavom a základným stavom spadá presne do ultrafialového spektra. Tradičné ortuťové výbojky sú najpoužívanejšie zdroje UV svetla založené na tomto princípe.
Druhý prístup využíva princíp polovodičovej luminiscencie (podrobnosti sú vynechané; zainteresovaní čitatelia môžu nájsť ďalšie informácie v online zdrojoch). Stručne povedané, keď sa na polovodič vyžarujúci svetlo privedie dopredné napätie, diery vstreknuté z oblasti P-do oblasti N-a elektróny vstreknuté z oblasti N-do oblasti P-rekombinujú s elektrónmi v oblasti N-a diery v oblasti niekoľkých mikrometrov v oblasti P{{7}, v tomto poradí generovanie spontánneho fluorescenčného žiarenia.
Ako je všeobecne známe, zakázané pásmo polovodičových materiálov skupiny III{0}}V od nitridu hliníka po nitrid gália alebo nitrid india a gália (InGaN) spadá presne do spektra od modrého svetla po ultrafialové svetlo. Úpravou pomeru materiálu nitridu hliníka a india gália môžeme produkovať zdroje ultrafialového a viditeľného svetla v širokom rozsahu vlnových dĺžok.
Zatiaľ čo teoreticky možno svetlo akejkoľvek vlnovej dĺžky produkovať úpravou zloženia luminiscenčných materiálov, rozsah UVLED čipov dostupných pre komerčnú výrobu zostáva dosť obmedzený v dôsledku rôznych obmedzení. Čipy s vysokým{1}}výkonom vhodné pre priemyselné aplikácie sú v zásade sústredené v pásme UVA (365–415 nm). V posledných rokoch zaznamenali prudký rozvoj aj technológie UVB a UVC, ktoré sa však v zásade obmedzujú na civilné a spotrebiteľské trhy s nízkou spotrebou energie, ako je dezinfekcia a sterilizácia.
Existuje niekoľko kľúčových dôvodov:
Štruktúra kryštálového materiálu určuje svetelnú účinnosť (účinnosť fotoelektrickej konverzie) Nitrid gália (GaN) a vysokoúčinný nitrid india a gália (InGaN) možno stále použiť pre rozsah 365–405 nm v rámci UVA. Naproti tomu čipy UVB a UVC sa úplne spoliehajú na nitrid hliníka a gália (AlGaN)-materiál s inherentne nízkou svetelnou účinnosťou-namiesto bežne používaných GaN a InGaN. Je to preto, že GaN a InGaN absorbujú ultrafialové svetlo pod 365 nm. V dôsledku toho je svetelná účinnosť UVB a UVC čipov extrémne nízka. Napríklad 278 nm čip LG má len 2% účinnosť fotoelektrickej konverzie.
Výzvy v oblasti rozptylu tepla vyplývajúce z nízkej účinnosti Podľa zákona o zachovaní energie 2 % účinnosť fotoelektrickej premeny znamená, že 98 % elektrickej energie sa premení na teplo. Navyše životnosť a svetelná účinnosť LED čipov sú nepriamo úmerné teplote. Takáto vysoká produkcia tepla kladie mimoriadne prísne požiadavky na systémy odvádzania tepla. S existujúcimi technológiami chladenia je jednoducho nemožné dosiahnuť efektívny odvod tepla pre čipy s vysokým-výkonom UVB a UVC.
Nízka UV priepustnosť obalových materiálov a šošoviek Na ochranu LED čipov je zapuzdrenie nevyhnutné. Keďže LED diódy vyžarujú svetlo všesmerovo, na sústredenie svetelného lúča sú potrebné šošovky. Okrem kremenného skla má však väčšina materiálov veľmi nízku priepustnosť UV žiarenia-a so skracovaním vlnovej dĺžky priepustnosť prudko klesá. V dôsledku toho, aj keď je vlastná svetelná účinnosť UVB/UVC čipov už aj tak nízka, značná časť svetla je absorbovaná šošovkami, čo vedie k extrémne slabému využiteľnému svetelnému výkonu, ktorý sotva postačuje na priemyselné aplikácie.
Nízky výťažok kryštálov a vysoké výrobné náklady Súčasné čipy UVB a UVC sa vyrábajú pomocou rovnakých reaktorov ako čipy UVA. Okrem inherentných defektov materiálu vedú k extrémne nízkym výťažkom kryštálov aj problémy, ako sú nezhodné koeficienty tepelnej rozťažnosti medzi substrátom a kryštálom, čo následne udržuje výrobné náklady neúmerne vysoké.
Celkovo možno konštatovať, že vzhľadom na nízku svetelnú účinnosť, vysoké náklady a prísne požiadavky na odvádzanie tepla v súvislosti s technológiami UVB a UVC, vývoj vysokého-výkonuUVB a UVC svetlomzdroje pre priemyselné aplikácie zostanú nepolapiteľné, kým sa nedosiahnu veľké technologické prelomy.
Kľúčové zamerania výskumu a vývoja systémov LED svetelných zdrojov
LED čip je len jednou kritickou súčasťou svetelného zdroja LED. Pri vykonávaní výskumu a vývoja na svetelných zdrojoch LED musíme prijať asystematický,holistický prístup. Okrem ladenia vlnovej dĺžky LED zahŕňa rozsah výskumu a vývoja sériu nadväzujúcich procesov vrátane technológie balenia, optického dizajnu, systémov rozptylu tepla, systémov napájania a inteligentných riadiacich systémov.
V súčasnosti existujú štyri hlavné obalové štruktúry pre LED čipy:
Vertikálna montážna štruktúra
Flip{0}}Štruktúra čipu
Vertikálna štruktúra
3D vertikálna štruktúra
Bežné LED čipy majú typicky vertikálnu montážnu štruktúru so zafírovým substrátom. Táto štruktúra sa vyznačuje jednoduchým dizajnom a vyspelými výrobnými procesmi. Zafír má však slabú tepelnú vodivosť, čo sťažuje prenos tepla generovaného čipom do chladiča-, čo je obmedzenie, ktoré obmedzuje jeho použitie vo vysokovýkonných{3}}systémoch LED.
Flip{0}}balenie čipov predstavuje jeden zo súčasných trendov vývoja. Na rozdiel od konštrukcií s vertikálnou montážou nemusí teplo v konštrukciách preklápacích-čipov prechádzať cez zafírový substrát čipu. Namiesto toho sa priamo prenáša na substráty s vyššou tepelnou vodivosťou (ako je kremík alebo keramika) a potom sa rozptýli do vonkajšieho prostredia cez kovovú základňu. Navyše, keďže štruktúry flip{5}}čipu eliminujú potrebu externých zlatých drôtov, umožňujú vyššiu hustotu integrácie čipu a lepší optický výkon na jednotku plochy. To znamená, že vertikálna montáž a preklápacia-čipová štruktúra majú spoločnú chybu: elektródy P a N LED sú umiestnené na rovnakej strane čipu. To núti prúd prúdiť horizontálne cez vrstvu n-GaN, čo vedie k zhlukovaniu prúdu, lokalizovanému prehrievaniu a v konečnom dôsledku k obmedzeniu hornej hranice prúdu pohonu.
Čipy s vertikálnou-štruktúrou modrého{1}}svetla sa vyvinuli z technológie vertikálnej montáže. V tomto dizajne sa bežný zafírový-čip substrátu otočí a pripojí k vysoko tepelne vodivému substrátu, po čom nasleduje laserové odzdvihnutie-zafírového substrátu. Táto štruktúra účinne rieši problém rozptylu tepla, ale zahŕňa zložité výrobné procesy-, najmä náročný krok prenosu substrátu-, ktorý vedie k nízkym výťažkom výroby. Napriek tomu, s pokrokom v technológii, vertikálne balenie pre UV LED diódy je stále zrelšie.
Nedávno bola navrhnutá nová 3D vertikálna štruktúra. V porovnaní s čipmi LED s tradičnou vertikálnou{2}}štruktúrou patrí medzi jeho hlavné výhody eliminácia spájania zlatých drôtov, čo umožňuje tenšie profily obalu, zvýšený výkon odvádzania tepla a jednoduchšiu integráciu vysokých budiacich prúdov. Pred komercializáciou 3D vertikálnych štruktúr však musia byť prekonané mnohé technické prekážky.
Vzhľadom na to, že UVLED vo všeobecnosti vykazujú nižšiu svetelnú účinnosť v porovnaní so všeobecnými osvetľovacími LED, je preferovanou voľbou na maximalizáciu účinnosti extrakcie svetla balenie s vertikálnou štruktúrou.
Pretože LED diódy vyžarujú svetlo všesmerovo a ich inherentná svetelná účinnosť je už relatívne nízka, je potrebný vedecký a racionálny optický dizajn na zvýšenie efektívnej svetelnej účinnosti (tj svetelnej účinnosti pri čelnom ožiarení). Bežné optické komponenty zahŕňajú reflektory, primárne šošovky a sekundárne šošovky.
Okrem toho ultrafialové svetlo pri prechode médiami podlieha vysokému útlmu. Pri výbere materiálov šošoviek-ako je kremenné sklo, borosilikátové sklo a tvrdené sklo- je preto potrebné posúdiť viacero faktorov, pričom prioritu majú materiály s vysokou priepustnosťou UV žiarenia. To nielen maximalizuje svetelný výkon, ale tiež zabraňuje nadmernému nárastu teploty spôsobenému absorpciou svetla materiálu pri dlhšom vystavení UV žiareniu.
Ako už bolo spomenuté, podľa zákona zachovania energie sa iba časť elektrickej energie premení na svetelnú energiu, zatiaľ čo veľká časť sa rozptýli ako teplo. Pre pásmo UVA je typický pomer premeny energie 10:3:7 pre elektrinu, svetlo a teplo. Efektívna životnosť LED čipov úzko súvisí s teplotou ich spoja. V procese fototvrdnutia si vysoká hustota optického výkonu často vyžaduje integráciu čipov LED s vysokou -hustotou, čo kladie prísne požiadavky na systémy rozptylu tepla.
Dosiahnutie efektívneho odvodu tepla a zabezpečenie toho, aby teplota spojenia všetkých LED čipov zostala v rozumnom a vyváženom rozsahu, si vyžaduje prísny vedecký návrh, počítačovú simuláciu a praktické testovanie.
Výskum formulácií UV náterov
Obmedzenia prístupu na úrovni fotoiniciátorov a systému- k živici a reaktivite monomérovAko je znázornené v predchádzajúcom úvode k technológii LED, vysokovýkonné{1}}svetelné zdroje LED vhodné pre priemyselné aplikácie sú v súčasnosti obmedzené na pásmo UVA, konkrétne na vlnové dĺžky nad 365 nm. Po definovaní hraníc výkonu LED svetelných zdrojov môžeme teraz vidieť, že výber kompatibilných fotoiniciátorov je dosť obmedzený, pretože väčšina fotoiniciátorov vykazuje nízke molárne extinkčné koeficienty pri vlnových dĺžkach nad 365 nm.
Na vyriešenie problému nízkej účinnosti iniciácie LED-kompatibilných fotoiniciátorov by sa úsilie výskumu a vývoja nemalo obmedzovať na samotné fotoiniciátory. Namiesto toho musíme prijať perspektívu na-úrovni systému, ktorá integruje živice, monoméry, fotoiniciátory a dokonca aj pomocné prísady do holistického rámca výskumu, čím sa zvýši účinnosť vytvrdzovania LED UV systémov.
Návrh receptúry a vývoj procesu lakovania pre LED vytvrdzovanie (vplyvy fotoiniciátorov, živíc, monomérov, teploty, suchosti povrchu, suchosti, pigmentov a plnív) Na zlepšenie absorpcie dlhovlnového UV svetla fotoiniciátormi je často potrebné začleniť benzénové kruhy, dusík (N) a ďalšie atómy fosforu do ich molekulárnych štruktúr. Zatiaľ čo táto modifikácia zvyšuje dlhovlnnú UV absorpciu, vedie tiež k zvýšenému zafarbeniu fotoiniciátorov.
Okrem toho sa kvôli nízkej účinnosti absorpcie svetla týchto iniciátorov musí pridať veľké množstvo vysoko reaktívnych živíc a monomérov-zvyčajne{1}}akrylových živíc a monomérov s vysokou funkčnosťou-, aby sa urýchlila celková rýchlosť reakcie náterového systému. Avšak tento prístup má tendenciu vytvárať povlaky s vysokou tvrdosťou, ale slabou flexibilitou, čo obmedzuje rozsah ich aplikácií.
To znamená, že všeobecne nízke koeficienty molárnej extinkcie LED UV fotoiniciátorov tiež ponúkajú jedinečnú výhodu: umožňujú vyššiu priepustnosť UV svetla cez vrstvu náteru, čo vedie k hĺbkovému vytvrdzovaniu hrubých filmov.
Požiadavky na vlastnosti náteru pre rôzne skladovacie, prepravné, stavebné podmienky a aplikačné procesy V priemysle náterov rôzne aplikačné techniky, ako je nanášanie valčekom, nanášanie striekaním a nanášanie clonou, kladú na nátery odlišné požiadavky na viskozitu. Medzitým rôzne substráty vyžadujú prispôsobené vlastnosti náteru, pokiaľ ide o zmáčavosť a priľnavosť. Okrem toho si meniace sa podmienky prepravy a skladovania vyžadujú zodpovedajúce úrovne stability povlakov pri skladovaní. Preto musia byť všetky tieto faktory plne zvážené pri návrhu formulácie náteru.
Požiadavky na vlastnosti náterového filmu pre rôzne aplikácie Rôzne oblasti použitia kladú na náterové filmy rôzne požiadavky na výkon, vrátane lesku, kolorimetrických vlastností, tvrdosti, pružnosti, odolnosti proti oderu a odolnosti proti nárazu. V dôsledku toho musí vývoj povlaku nájsť rovnováhu medzi účinnosťou vytvrdzovania a výkonom filmu.
Výskum procesov poťahovania
Povlak je systematický inžiniersky proces. Optimalizácia procesov povrchovej úpravy môže ďalej rozšíriť aplikačné hranice technológie UV-LED. Ako hovorí priemyselné príslovie,"Tri časti závisia od náteru; sedem častí závisí od procesu aplikácie". V konečnom dôsledku oba nátery aj svetelné zdroje dosahujú svoj zamýšľaný výkon iba správnou aplikáciou.
Navyše optimalizácia procesov nanášania v spojení s UV nátermi a svetelnými zdrojmi LED môže výrazne kompenzovať obmedzenia materiálov aj svetelných zdrojov. Zahrievanie môže napríklad znížiť viskozitu náterov s vysokým obsahom -živice-, ktoré sú pri izbovej teplote príliš viskózne, vďaka čomu sú vhodné na rôzne spôsoby aplikácie. Okrem toho môže zahrievanie zlepšiť tekutosť náterového systému, zvýšiť molekulárnu aktivitu, zabezpečiť úplnejšie počiatočné vytvrdzovacie reakcie a poskytnúť hladšie povrchy filmu.
Výskum v oblasti dodávateľských a odberateľských priemyselných reťazcov
Za posledné dva roky nedostatok a prudko stúpajúce ceny fotoiniciátorov vyvolané kampaňami na ochranu životného prostredia spôsobili hmatateľné straty v nadväzujúcich podnikoch a vážne brzdili vývoj LED UV technológie. To podčiarkuje, že konektivita nadväzujúcich a nadväzujúcich priemyselných reťazcov a plynulosť systémov dodávateľského reťazca sú základnými zárukami zdravého rozvoja odvetvia a trhového úspechu jeho produktov a technológií.
Zatiaľ čo mnohé priemyselné odvetvia sa vyvíjajú od nuly prostredníctvom vzájomne sa posilňujúcej dynamiky technologických inovácií, priemyselného rozvoja a prudkého nárastu dopytu, tieto faktory musia byť počas procesu marketingu komplexne hodnotené.
Okrem toho z investičného hľadiska môže vykonávanie výskumu a nasadzovanie dodávateľských a nadväzujúcich priemyselných reťazcov nielen zabezpečiť stabilnú dodávku pri vstupe produktov na trh, ale aj umožniť podnikom podieľať sa na dividendách rastu priemyslu.
