復旦大學研制出高效紫外LED光固化系統(tǒng) 實現LED功率密度全球第一

　　僅需原本五分之一的能耗，就能實現高一半的光纖生產速度——由復旦大學電光源研究所副所長、信息科學與工程學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(tǒng)完成了技術上的創(chuàng)新突破。這一紫外LED光固化系統(tǒng)即將亮相第18屆中國國際工業(yè)博覽會。絕大部分的光固化油墨經該系統(tǒng)的照射，短短幾秒就能固化。如此高功率密度、低能耗的創(chuàng)新技術將使光纖行業(yè)的生產制造實現飛躍發(fā)展。

　　超越傳統(tǒng) 以五分之一的能耗實現高出一半的輻射照度

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

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

　　然而微波中壓汞燈這一傳統(tǒng)光源存在著諸多弊端，不僅耗能很高，發(fā)生微波的磁控管在工作時會散發(fā)大量的熱，輻射效率也很低。據光譜顯示，中壓汞燈發(fā)出的光線中對固化有用的紫外光僅有10%左右，可見光20%，發(fā)熱量達到70%。其固化效率難以滿足光纖行業(yè)日益增長的生產需求，也與時下倡導經濟環(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(tǒng)，除降低能耗外，傳統(tǒng)設備只有6000小時的壽命，這套系統(tǒng)則將使用壽命延長到了30000小時。經過一年多持續(xù)運行，幾乎沒有光衰，光電參數依然保持出廠狀態(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(tǒng)僅需傳統(tǒng)五分之一的能耗，就能實現比傳統(tǒng)高出一倍的輻射照度，拉絲速度提高一半，且工作得更加長久。”

　　領先國際 LED功率密度全球第一

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

　　該系統(tǒng)由光纖固化爐、驅動電源和冷卻系統(tǒng)三個部分組合而成，光纖固化爐是技術的核心所在，而這其中的LED光源又是整套系統(tǒng)最為關鍵的部分。三年前的工博會上，張善端團隊研制的紫外LED光固化系統(tǒng)初次亮相，當時的紫外LED光源能實現200瓦每平方厘米的功率密度，已經達到了全球領先的水準。今年這套針對光纖拉絲塔的紫外LED光固化系統(tǒng)已經將最高封裝功率密度提升至700瓦每平方厘米，穩(wěn)固了全球第一的技術地位。

　　行業(yè)常見的紫外LED芯片最高只能經受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。

　　另一大技術創(chuàng)新亮點則是高效的紫外光折射和反射系統(tǒng)。這套光學系統(tǒng)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，降低光學損耗，從而提高拉絲固化的速度。

　　助力生產 未來有望推動更多行業(yè)變革

　　目前，該系統(tǒng)已經申報6項發(fā)明專利，卓越的技術性能也產生了顯著的經濟和社會效益。

　　在該系統(tǒng)的助力之下，保持同等的系統(tǒng)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，只需兩個拉絲塔就可以獲得原本三個拉絲塔的產量，既節(jié)省了投資，又增加了產量，同時還可以降低能耗。

　　數據顯示，幾家國際光纖巨頭企業(yè)在小規(guī)模使用該系統(tǒng)后，近三年共新增產值18.4億元，新增利潤達3億元，并且節(jié)電402萬千瓦時，節(jié)電效益折算443萬元，減排二氧化碳0.4萬噸。因此，這套光纖拉絲塔用紫外LED光固化系統(tǒng)對于光纖行業(yè)的生產制造是一項重大突破，將有力推動光固化設備的革新。張善端有把握在三年內實現國內企業(yè)光纖固化爐技術的升級換代。而將來，該技術還有望應用于更多與光固化相關的領域，例如印刷、木地板、家居、地坪等行業(yè)。對于油漆、木器、印刷等類型的光固化，該技術還能夠將節(jié)能幅度推升至90%。