用于农业新兴应用的UV LED技术详细解析

By | 2020年7月24日

  紫内线(UV)LED市场正在过来十年中曾经扩展了五倍,估计到2025年将增进到10亿美圆以上。估计影响市场的一个要害趋向是可以扩大到包罗农业正在内的新使用。紫内线,正在适当的频次以及剂量下,能够添加药用以及传统动物中活性物资的孕育发生,而且还能够协助维持衰弱的成长环境。但要充沛行使UV
LED,需求思考一些首要的从新设计。Violet Gro的母公司Violet Defense Group的首席执行官Terrance
Berland将诠释这些是甚么思考要素;例如,为何兼并适当的镜片资料至关首要。

  

ziwai1.jpg

  紫内线可添加药用动物中活性物资含量

  跟着室内以及都会农业的爆炸,LED的节能不只吸惹人,并且紫内线LED的提高使患上紫内线,特地是UV-A以及UV-B的额定益处成为可能。室内农业。紫内线已被证实能够促成药用动物中活性物资的动物消费的添加,包罗许多动物的抗氧化好处或年夜麻中的四氢年夜麻酚含量。紫内线还能够经过缩小霉菌,霉菌以及某些动物益虫来协助维持衰弱的成长环境-一切这些都需求代替化学品,由于它们具备加强的杀菌才能。尽管室内农业中应用的许多次要固定安装孕育发生肯定水平的紫外光谱(无论多小),但它们的内部透镜资料拦阻了年夜局部(假如没有是全副的话),实际抵达动物的紫内线光。跟着紫内线LED价钱继续降落,可以经济无效地将指标紫内线归入失常成长进程中,正确的波长,正确的剂量,和特定动物物种生命周期中的正确工夫将失去改善。但是,UV
LED依然需求与适当的透镜组合,该透镜可以透射UV光而没有会升高透镜以及/或LED自身的劣化或毁坏的危险。

  

ziwai2.jpg

  图1:具备UV分类的UV以及可见光谱

  引见

  紫外(UV)光是电磁波谱的要害局部,波长范畴为10nm至400nm。这局部光谱位于人眼的可见光范畴以外,虽然虫豸以及鸟类能够感知到某些局部的紫内线[1]。年夜局部紫外光谱,包罗一切极紫内线(10-100纳米)以及280纳米如下的年夜局部光谱都被年夜气排汇。但是,鉴于咱们人工孕育发生这些波长的才能,理解紫外光谱各局部的好处依然很首要。

  紫外光谱分类,它们的用处以及优点:?UV-C(200-280 nm):简直齐全被地球年夜气排汇,UV-C罕用于其杀菌成果?UV-B(280-320
nm):约95
UV-B的百分比被地球年夜气排汇,而且常常因其与皮肤癌危险添加无关而被人们所知,但是,它也被证实具备抗菌作用,包罗解决农业传染以及益虫,如白粉病或蜘蛛螨虫;和触发添加黄酮类以及年夜麻素的动物反响?UV-A(320-400
nm):通常被称为“黑光”,UV-A光正在紫外光谱中具备最长的波长,被以为是最没有危害的;它以紫内线固化,冒充检测以及法医学使用而出名,但也因其可以触发所需的动物反响而使用于农业。

  年夜少数紫内线照明行业不断由LED之外的其余起源,尤为是水银灯胆。但是,最近几年来UV
LED曾经获得了光鲜明显提高,这不只是因为固态UV安装的制作的提高,并且是因为添加了寻觅更环保以及节能的孕育发生UV光的抉择的压力。

  但是,LED比来能力够无意义地顺应一切的紫内线范畴。自20世纪90年月末以来,正在UV-A(390-420nm)范畴的上部传输UV光的LED曾经可用,通罕用于捏造检测或验证驾驶执照或文件,和取证[2]。现实上,UV
LED市场的很年夜一局部次要是用于固化的产业以及贸易使用,例如油墨,涂料或粘合剂,通常经过波长为350-390nm的UV-A光来实现[3]。

  当您进入较短波长的UV-B以及UV-C时,使用会转向消毒食物,空气,水以及外表。这些是LED中可用的一些最新波长(第一个贸易UV-C
LED基于水的消毒零碎于2012年推出[4]),虽然紫内线具备长时间,欠缺的杀菌成果汗青。LED的节能不只对许多行业有吸引力,例如水污染,并且它们极小的尺寸使它们成为十分灵敏的抉择,包罗创立便携式消毒零碎的才能。

  鉴于这些提高,UV
LED市场正在过来十年中曾经扩展了五倍,估计到2025年将增进到13亿美圆。估计影响市场的一个要害趋向是可以进一步扩大到包罗太阳能产物正在内的新使用,食物饮料行业以及农业[5]。但是,依然需求进一步的改良,特地是由于它触及这些产物的镜片组件,以确保该技巧可以以老本无效的形式完成每一个行业的希冀后果。

  跟着室内以及都会农业的爆炸,人们愈来愈心愿以经济无效的形式持续改良成长进程,这依然会为指标动物带来踊跃的后果。对于正在农业中应用LED的许多现有钻研都集中正在可见光的波长以及动物对各类进程所需的光谱上。正在宽泛的钻研中,“美国宇航局确定LED灯是正在地球以及太空中莳植动物的最好单源光源[6]。”现实上,曾经进行了许多钻研来确定没有同波长之间的关系及其影响。对于动物成长。这些信息将有助于进一步开发定制光谱照明,从而以更低的动力老本为工场带来更好的后果。例如,曾经确定红光光谱(630-660nm)关于茎的成长以及叶片的收缩是必须的。它也是调理着花以及休眠期的波长。

  尽管晚期的LED让年夜少数工场(以及莳植者)想要更多,但最新的最早进的LED为室内莳植提供了更多可行的抉择,能够节流年夜量老本(假如与正确的镜片资料配对),特地是与传统相对比明选项,如低压钠(HPS)。

  如今,UV
LED的进一步倒退使患上有可能以十分有针对性的形式为室内成长进程带来紫内线,特地是UV-A以及UV-B的额定益处。钻研职员发现,正在不紫内线的状况下,某些动物种类可能“正在叶片以及枝条组织上构成愈伤组织样收缩[7]。”例如,一般玻璃拦阻了超越90%的UV-B辐射[8],因而,正在温室或其余相似环境中成长的动物,不增补照明可能会孕育发生没有利影响。

  紫内线也被证实能够促成药用动物中活性物资的动物消费的添加,包罗许多动物的抗氧化好处或年夜麻中的四氢年夜麻酚含量。动物具备化学进程,使它们可以辨认触发某些反响的没有同波长的光,包罗能够扭转动物形态以及扭转化学组成的紫内线反响[9]。但是,光子学畛域依然需求更多的钻研重点来真歪理解一切影响,包罗最好的部署办法。

  

ziwai3.jpg

  图2:紫内线能够添加药用动物中活性物资的含量,如迷迭香或四氢年夜麻酚的抗氧化作用

  动物对紫内线的呼应最多见的办法之一是紫外排汇化合物的分解以及积攒。这些化合物,包罗酚类物资,对动物来讲就像一种防晒剂,能够避免适度暴露正在紫内线下酿成的侵害。但是,酚类化合物的好处不只有助于维护动物,并且已被证实具备光鲜明显的人类衰弱好处,包罗抗氧化好处以及预防各类慢性疾病,包罗某些癌症以及血汗管疾病。正在葡萄以及红葡萄酒中发现的白藜芦醇曾经被钻研过它对心脏,免疫零碎乃至年夜脑性能的衰弱影响[10]。对迷迭香的钻研标明,当应用UV-B辐射成长时,其总酚含量约莫翻倍。

  另外一种以紫内线辐射下药用化合物产量添加而出名的动物是年夜麻(Cannabis
sativa)。钻研发现,正在赤道最低纬度以及高海拔地域的动物中发现了较高程度的年夜麻素(正在3350米处比正在1500米处年夜32%)。该协会以为,世界上这些地域的UV-B程度较高。随后的钻研标明,将动物暴露于UV-B可招致Δ9-四氢年夜麻酚(Δ9-THC)程度,其具备宽泛的药用好处,正在叶组织中添加高达48%,正在花组织中添加32%[12]。

  紫内线还能够经过缩小霉菌,霉菌以及某些动物益虫来协助维持衰弱的成长环境-一切这些都需求代替化学品,由于它们具备加强的杀菌才能。动物孕育发生的紫内线排汇化合物能够维护它们免受太多的紫内线辐射,也有助于维护动物免受传染,损伤以及某些动物益虫的损害。就如同这些化合物扭转了动物对这些益虫的“吸引力”。

  室内莳植者面对的次要要挟是白粉病。但是,曾经证实紫内线能够光鲜明显缩小葡萄,玫瑰动物,黄瓜,迷迭香以及草莓等动物的霉菌。钻研职员应用适当剂量的UV-B胜利地将白粉病的重大水平升高了90-99%[13]。

  UV-B光还被证实可无效缩小生活螨虫,已知螨虫会毁坏整个作物。正在Ohtsuka以及Osakabe的一项钻研中,暴露于UV-B剂量的幼虫中只有没有到6%正在次日存活,一切幼虫正在试验的第3天殒命[14]。

  第三个次要要挟是灰霉病(Botrytis
cinerea),一种灰霉病或通常称为灰腐病,能够针对约莫200种没有同的物种,一般为生果或花草,包罗草莓,葡萄以及年夜麻。这类益虫通常从室外进入,而后经过空气或鞋子以及衣服流传到室内莳植室。因而,解决该益虫可能触及整个室内空气消毒以及/或地板消毒零碎。钻研标明,应用UV-C辐射能够最无效地解决灰葡萄孢(Botrytis
cinerea)胞子。Mercier等。al(2001)的UV-C剂量为440-2200 J/m?时,消毒率达到90%以上[15]。

  正在过来的几十年中,支持紫内线维护作物免受霉菌,霉菌以及其余动物益虫的好处的证据,和加强动物药用代价的才能曾经年夜年夜添加。但是,若何胜利地将UV连系到室内成长设备中依然存正在严重应战。

  

ziwai4.jpg

  图3:白粉病以及螨虫对许多作物形成严重要挟,但应用紫内线能够年夜年夜缩小

12 下一页 余下全文