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2022-02-28

冷光源和熱光源的區(qū)別以及LED光源的應用

就實驗光源來說,一提起冷、熱光源,大部分人的反應是:散發(fā)熱量多的即為熱光源,反之就為冷光源。 

何謂冷光源和熱光源,其實不然,冷、熱光源并不是根據(jù)燈具外部溫度的高低來定義的,外部溫度的高與低,只能評判其散熱措施的優(yōu)劣程度。

1、如何區(qū)分冷、熱光源 

利用化學能、電能、生物能激發(fā)的光源叫作冷光源;利用物體升溫產(chǎn)生光輻射的原理制成的光源叫作熱光源。 

要注意的是:冷光源并非不產(chǎn)生熱量,只是說其發(fā)光方式不是由熱能轉化為光能。 

比如LED光源就是典型的冷光源,LED光源的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片,在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層,稱為p-n結。在某些半導體材料的p-n結中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能,這就是LED光源的發(fā)光原理。 

而白熾燈是典型的熱光源,它是先將電能轉化為熱能,燈絲在被加熱到極高的溫度后,組成燈絲材質元素的原子核外電子會被激發(fā),從而使得其向較高能量的外層躍遷,當電子再次向低能量的電子層躍遷時,多余的能量便以光的形式呈現(xiàn),即完成熱能到光能的轉化。 

所以不能簡單通過燈具外部溫度的高低來區(qū)分冷、熱光源,冷光源也不意味著不產(chǎn)生熱量,區(qū)分冷、熱光源要弄清楚其發(fā)光原理,看是否是通過物體升溫而產(chǎn)生光輻射。

2、冷、熱光源各自的優(yōu)點 熱光源的優(yōu)點: 

1)其發(fā)光特性可以由普朗克公式進行精確的估算; 

2)其發(fā)出的光為連續(xù)光譜,且光譜范圍很寬; 

3)這類光源大多屬于電熱型,通過控制輸入電量,采用適當?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電,可使其的光輸出獲得更高的穩(wěn)定度。

冷光源的優(yōu)點: 

1)冷光源發(fā)光時,其溫度并不比環(huán)境溫度高,在進行光熱催化實驗或對輸出光熱量有要求時,一般選用LED光源來代替熱光源,因為用LED光源照射,不會使反應體系發(fā)生明顯的溫度變化; 

2)由于輸出光的熱量少,所以冷光源的散熱組件的體積也相對較小; 

3)發(fā)光原理決定了冷光源的壽命一般比熱光源長很多,因為冷光源基本不存在燒斷和老化的現(xiàn)象,比如,LED光源的使用壽命能長達10000 h。

3、LED光源的應用 

在光化學的實驗階段,研究者們常選用氙燈光源來模擬太陽光,但一旦從實驗階段走向小試規(guī)模化生產(chǎn)階段,LED光源的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

 1)LED光源是冷光源,輸出光的熱量很少,其散熱組件的體積也很小。而氙燈光源工作時產(chǎn)生的熱量要比LED光源高很多,其產(chǎn)生的熱量不僅會直接影響燈泡的使用壽命,還會對照射的材料造成熱影響。尤其在需要大面積光源照射時,因氙燈光源需要多個散熱部件,體積通常較大,受實驗場地的限制,LED光源更合適。 

 2)LED光源在結構上發(fā)光體為單個燈珠,可根據(jù)使用場景集成為面陣發(fā)光體、柔性燈帶、剛性燈條等不同的結構。且LED光源的發(fā)光波長除了能輸出窄帶波長外,還可通過多燈珠擬合實現(xiàn)模擬太陽光光譜等特殊要求。

為解決小試規(guī)模化的光源問題,泊菲萊科技針對不同實驗場景研發(fā)出了兩種不同的大面積照射光源: 

PLS-DPCR-1.0平米級光催化反應示范裝置和PLS PGL-O1000 LED大面積輻照光源,這兩款設備中就是采用LED光源作為發(fā)光載體。

 

PLS-DPCR-1.0平米級光催化反應示范裝置和PLS PGL-O1000 LED大面積輻照光源.png

圖1.PLS-DPCR-1.0平米級光催化反應示范裝置和PLSPGL-O1000 LED大面積輻照光源

關于這兩款產(chǎn)品的詳細介紹,可點擊“大面積的光化學照射實驗選擇什么光源?”了解更多詳情。