復旦大學(xué)研制出高效紫外LED光固化系統 實(shí)現LED功率密度全球第一

　　僅需原本五分之一的能耗，就能實(shí)現高一半的光纖生產(chǎn)速度——由復旦大學(xué)電光源研究所副所長(cháng)、信息科學(xué)與工程學(xué)院教授張善端及其團隊研發(fā)的光纖拉絲塔用高效紫外LED光固化系統完成了技術(shù)上的創(chuàng )新突破。這一紫外LED光固化系統即將亮相第18屆中國國際工業(yè)博覽會(huì )。絕大部分的光固化油墨經(jīng)該系統的照射，短短幾秒就能固化。如此高功率密度、低能耗的創(chuàng )新技術(shù)將使光纖行業(yè)的生產(chǎn)制造實(shí)現飛躍發(fā)展。

　　超越傳統 以五分之一的能耗實(shí)現高出一半的輻射照度

　　紫外LED光固化系統最突出的優(yōu)勢是耗能低。較之于傳統的微波中壓汞燈動(dòng)輒6000多瓦的高耗能，由紫外LED組成的線(xiàn)光源僅需消耗1200瓦，節省了80%能耗。

　　微波中壓汞燈是過(guò)去通常用于光纖拉絲塔的固化裝置。在制造光纖過(guò)程中，當光纖被拉成細絲后，需要在其表面涂覆一層保護性質(zhì)的油墨材料并進(jìn)行固化，通俗地說(shuō)就是使涂料由液態(tài)變成固態(tài)。印刷、汽車(chē)、電子、家具等行業(yè)的生產(chǎn)，都少不了這一環(huán)節。紫外光固化是最常見(jiàn)的快速固化工藝，對紫外光波段敏感的涂料經(jīng)相應光源照射后就能夠實(shí)現固化。

　　然而微波中壓汞燈這一傳統光源存在著(zhù)諸多弊端，不僅耗能很高，發(fā)生微波的磁控管在工作時(shí)會(huì )散發(fā)大量的熱，輻射效率也很低。據光譜顯示，中壓汞燈發(fā)出的光線(xiàn)中對固化有用的紫外光僅有10%左右，可見(jiàn)光20%，發(fā)熱量達到70%。其固化效率難以滿(mǎn)足光纖行業(yè)日益增長(cháng)的生產(chǎn)需求，也與時(shí)下倡導經(jīng)濟環(huán)保的理念相悖。

　　張善端團隊為此采用紫外LED光源研發(fā)出更為高效的紫外光固化系統，除降低能耗外，傳統設備只有6000小時(shí)的壽命，這套系統則將使用壽命延長(cháng)到了30000小時(shí)。經(jīng)過(guò)一年多持續運行，幾乎沒(méi)有光衰，光電參數依然保持出廠(chǎng)狀態(tài)。根據光譜顯示，紫外LED在針對光纖油墨固化的365至385納米波段上，能量非常集中，相比于中壓汞燈，對固化更為有利。張善端表示：“新型的紫外LED光固化系統僅需傳統五分之一的能耗，就能實(shí)現比傳統高出一倍的輻射照度，拉絲速度提高一半，且工作得更加長(cháng)久。”

　　領(lǐng)先國際 LED功率密度全球第一

　　據介紹，這套紫外LED光固化系統不僅能完全取代傳統的微波中壓汞燈，與現有的同類(lèi)產(chǎn)品相比，在多方面實(shí)現了技術(shù)上的突破與創(chuàng )新。

　　該系統由光纖固化爐、驅動(dòng)電源和冷卻系統三個(gè)部分組合而成，光纖固化爐是技術(shù)的核心所在，而這其中的LED光源又是整套系統最為關(guān)鍵的部分。三年前的工博會(huì )上，張善端團隊研制的紫外LED光固化系統初次亮相，當時(shí)的紫外LED光源能實(shí)現200瓦每平方厘米的功率密度，已經(jīng)達到了全球領(lǐng)先的水準。今年這套針對光纖拉絲塔的紫外LED光固化系統已經(jīng)將最高封裝功率密度提升至700瓦每平方厘米，穩固了全球第一的技術(shù)地位。

　　行業(yè)常見(jiàn)的紫外LED芯片最高只能經(jīng)受1安培每平方毫米的電流密度，由張善端特別設計定制的LED芯片則能將這個(gè)承受上限提高到4.5安培每平方毫米，這主要得益于其創(chuàng )新的封裝技術(shù)。

　　另一大技術(shù)創(chuàng )新亮點(diǎn)則是高效的紫外光折射和反射系統。這套光學(xué)系統包含了精心設計的透鏡和反射器，能夠將光源發(fā)出的紫外光匯聚到圓柱軸心，增強軸心的輻射照度，降低光學(xué)損耗，從而提高拉絲固化的速度。

　　助力生產(chǎn) 未來(lái)有望推動(dòng)更多行業(yè)變革

　　目前，該系統已經(jīng)申報6項發(fā)明專(zhuān)利，卓越的技術(shù)性能也產(chǎn)生了顯著(zhù)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

　　在該系統的助力之下，保持同等的系統輸入功率，光纖拉絲塔的拉絲速度能夠增加近50%，達到每分鐘3000米的驚人速度。如今，只需兩個(gè)拉絲塔就可以獲得原本三個(gè)拉絲塔的產(chǎn)量，既節省了投資，又增加了產(chǎn)量，同時(shí)還可以降低能耗。

　　數據顯示，幾家國際光纖巨頭企業(yè)在小規模使用該系統后，近三年共新增產(chǎn)值18.4億元，新增利潤達3億元，并且節電402萬(wàn)千瓦時(shí)，節電效益折算443萬(wàn)元，減排二氧化碳0.4萬(wàn)噸。因此，這套光纖拉絲塔用紫外LED光固化系統對于光纖行業(yè)的生產(chǎn)制造是一項重大突破，將有力推動(dòng)光固化設備的革新。張善端有把握在三年內實(shí)現國內企業(yè)光纖固化爐技術(shù)的升級換代。而將來(lái)，該技術(shù)還有望應用于更多與光固化相關(guān)的領(lǐng)域，例如印刷、木地板、家居、地坪等行業(yè)。對于油漆、木器、印刷等類(lèi)型的光固化，該技術(shù)還能夠將節能幅度推升至90%。