全国十大紫外光前沿科技成果
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近两年来，紫外光科技因疫情中对新冠病毒的高效率消杀而为社会大众熟知。继而，印刷固化、钱币防伪、皮肤病治疗、植物生长光照等更多紫外光技术领域逐渐被包括照明业在内的各行各业发掘。与此同时，各科研机构的工作人员也在不断探索紫外光技术的创新应用模式，用光科技力量推动社会民生的高品质发展。 下面，中国照明网通过对全国十大前沿紫外光科技成果的展示与盘点，为从事这项新型光技术研产销的企事业单位的发展之路带来重要的方向借鉴。 一、高亮度、高调制带宽深紫外Micro-LED阵列 今年4月，北京大学与松山湖材料实验室、复旦大学、东莞中晶半导体有限公司联合利用阵列互联微米化技术路线，成功实现了高亮度、高调制带宽深紫外Micro-LED阵列的研制。
(a) PAP-0101与商用1020规格DUV-LED光输出功率(LOP)随注入电流密度变化情况，插图为PAP-0101点亮图片; (b)AP-0101与商用1020规格DUV-LED电光转换效率(WPE)随注入电流密度变化情况; (c)PAP-0101在不同输入电流密度下的-3 dB调制带宽; (d)PAP-0101在不同信号调制深度(VPP)下的误码率-通信速率关系。 该阵列制备过程中，研究人员发展了一种互联阵列平面Micro-LED(Paralleled-arrayed planar Micro-LED, PAP-μLED)的器件制备策略，改善了电流扩展和应力分布均匀性，解决了传统大尺寸LED电流拥挤和器件内部的光吸收损耗问题，并削弱了张应力转变带来的横向(Transverse-magnetic, TM)模式出光，进一步提高了光提取效率，实现了高注入电流密度下亮度、电光转换效率以及调制带宽的集体提升。 该科研成果的出炉，有望大幅度提升产业化深紫外LED的器件性能并扩展其应用领域，实现杀菌消毒和日盲通信等跨领域应用功能的集成。 二、增强深紫外光提取的人工纳米结构 今年3月，厦门大学研究团队创新性地设计了一种倒棱锥/台状人工纳米结构，能大幅提高深紫外光的提取效率。
(a)运用纳米压印技术制备纳米孔阵列的流程示意图; (a) -(c) (AlN)8/(GaN)2 超短周期超晶格的结构表征; (d)-(f) 纳米圆孔及 (g)-(h)倒棱锥/台纳米孔阵列的微观形貌。 研究人员通过纳米压印、干法刻蚀技术与湿法腐蚀工艺相结合，在发光波长短至234 nm的(AlN)8/(GaN)2有源层形成(0001)、(10-13)及(20-21)等多组角度精细可控的晶面。这些晶面能够调控深紫外光波在纳米结构中的传播和提取模式，有效突破传统平面结构中出射光锥角较小这一限制。引入晶面可控的倒棱锥/台状结构后，TM和TE偏振光相比于平面结构分别增强了5.6倍和1.1倍，深紫外234 nm波长处的总发光强度提高了近2倍。 该研究成果的面世，将为提高深紫外短波发光器件的效率提供了新思路，并有望让微小尺寸 LED、深紫外探测器等光电器件拥有更优异的光学性能。 三、高效固态深紫外发光碳点 今年3月，安徽大学材料科学与工程学院研究团队与俄罗斯科学院约飞研究所团队、安徽大学物质科学研究院团队以及中国科技大学国家同步辐射实验室科研团队合作，创新性地合成了一种具有高效固态深紫外发光碳点，并将其制备成发光器件应用于促进植物生长和营养富集。 研究人员受生物体细胞内部高度区室化结构的启发，提出了一种全新的sp3区室效应策略(sp3-compartmentalization strategy)，用于制备兼具窄发射(半峰宽24 nm)、高固态量子产率(20.2%)和良好环境适应性等优点的深紫外发射碳点(最大发射波长为308 nm)。基于该碳点良好的光学性质，研究人员组将其制作成深紫外发光器件进一步应用于植物照明，显著提升了植株中抗坏血酸和花青素等营养物质的含量。
该研究工作为碳点结构和性能的合理化设计提供了新的思路，同时拓展了碳点在紫外发光器件和植物照明中的应用。 四、紫外光UV-B激活番茄基因表达 今年2月，上海交通大学农业与生物学院研究人员揭示了在紫外光UV-B的处理下，番茄转录因子模块BBX20/21-HY5激活HY5基因转录，而过量积累的HY5蛋白抑制自身基因转录，形成自身负反馈环，维持体内HY5的水平，调节番茄的光形态建成。
在研究工作中，研究人员发现在番茄bbx20 bbx21双突变以及hy5单突变体内紫外光激活HY5基因表达的能力显着下降。为此，他们利用番茄rup突变体，发现RUP负调控环只在早期抑制HY5的转录表达，而后期的负调控主要由HY5蛋白自身调节。因此，在光受体UVR8信号通路上存在至少两个不同的负反馈环，分别在光信号转导的早期和晚期发挥作用，平衡植物对紫外光UV-B的响应。 该研究成果以园艺作物番茄为材料系统深入地解析了紫外光瞬时诱导HY5转录的调控机制，进一步拓展了UV-B转录调控网络，为设施园艺植物响应光环境信号提供了新的理论支撑。 五、氧化镓基日盲紫外探测器 2021年12月，辽宁师范大学科研团队基于单根磷掺杂β-Ga2O3微米线制成金属半导体金属(MSM)型日盲紫外探测器，成功实现了对254 nm紫外光的高响应特性。
研究人员通过化学气相沉积法，制作出的微米线磷含量为2.3%，日盲紫外探测器光暗电流比约为2×103，其上升时间为47 ms，下降时间为31 ms;器件的光响应度和外量子效率可达6.57 A/W和3213%。光响应度和外量子效率随着光功率的增大而减小，表明该日盲紫外探测器在对微弱紫外光的检测中具有很好的应用前景。 该研究也表明，通过掺杂能够有效提高氧化镓器件的紫外探测性能，为氧化镓紫外探测器的实际应用提供了新的思路。 六、紫外光UV-C调控青椒果实生长 2021年7月，北京市农林科学院蔬菜中心(国家蔬菜工程技术研究中心)研究团队与英国诺丁汉大学、美国康奈尔大学两高校科研人员通过研究发现，紫外光UV-C辐照对青椒果实采后成熟衰老起到关键作用，为青椒果实采后品质劣变的调控机理研究提供了新依据。 |
