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僅需傳統五分之一的能耗，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的光纖拉絲塔用高效紫外LED光固化系統完成了技術上的創新突破。這一紫外LED光固化系統即將亮相第18屆中國國際工業博覽會。絕大部分的光固化油墨經該系統的照射，短短幾秒就能固化。如此高功率密度、低能耗的創新技術將使光纖行業的生產制造實現飛躍發展。

超越傳統 以五分之一的能耗實現高出一倍的輻射照度

紫外LED光固化系統最突出的優勢體現在耗能低。較之于傳統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，節省了80%的能耗。

而微波中壓汞燈是過去通常用于光纖拉絲塔的固化裝置。在制造光纖的過程中，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。所謂固化，通俗來說就是使涂料由液態變成固態。印刷、汽車、電子、家具等行業的生產，都少不了這一環節。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光源存在著諸多弊端，不僅耗能很高，其發生微波的磁控管在工作時會散發大量的熱。同時，其所能達到的輻射效率也很低，根據光譜顯示，中壓汞燈發出的光線中對固化有用的紫外光僅有10%左右，可見光20%，發熱量達到70%。顯然，微波中壓汞燈的固化效率難以滿足光纖行業日益增長的生產需求，也與時下倡導經濟環保的理念相悖。

針對傳統工藝中的各類問題，張善端團隊采用紫外LED光源研發出更為高效的紫外光固化系統，除了降低能耗的特點外，傳統設備只有6000小時的壽命，而這套系統則將使用壽命延長到了30000小時。經過一年多的持續運行，幾乎沒有光衰，光電參數依然保持出廠狀態。此外，同樣根據光譜顯示，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光固化系統不僅僅能完全取代傳統的微波中壓汞燈，與現有的同類LED產品相比，在多方面實現了技術上的突破與創新。

該系統由光纖固化爐、驅動電源和冷卻系統三個部分組合而成，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。然而那只是一次初步嘗試，經過幾年來的持續探索，他們不斷將LED技術推向新的高峰，今年的工博會上，這套針對光纖拉絲塔的紫外LED光固化系統已經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地位。對此，張善端感到十分自豪：“我們掌握了光纖拉絲塔核心技術之一的光纖固化爐技術，這是我們中國的解決方案。”

另一方面，行業常見的紫外LED芯片最高只能經受1安培每平方毫米的電流密度，而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，這主要得益于其創新的封裝技術。通常情況下，電流不斷提高時，發出的熱量占比更高，導致輻射效率下降的同時還會使得器件快速老化。而張善端團隊的封裝方法能夠有效散熱，將光源的芯片控制在合理的溫度范圍內，改善輻射效率，保持安全高效的工作狀態，進一步提高了紫外LED光源的功率密度。

除了功率密度極高的紫外LED光源，另一大技術創新亮點則是高效的紫外光折射和反射系統。這套光學系統包含了精心設計的透鏡和反射器，能夠將光源發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變革

目前，該系統已經申報6項發明專利，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，只需兩個拉絲塔就可以獲得原本三個拉絲塔的產量，既節省了投資，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在小規模使用該系統后，近三年共新增產值18.4億元，新增利潤達3億元，并且節電402萬千瓦時，節電效益折算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光固化系統對于光纖行業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。依仗卓越的芯片封裝功率密度，該LED光源能夠廣泛適用于各種類型的光固化應用。張善端表示：“對絕大部分不同顏色或成分的光固化油墨，用這個紫外LED光源幾秒就能實現固化。在國際上我們是走在前面的。”而對于油漆、木器、印刷等類型的光固化，該技術還能夠將節能幅度推升至90%。

雖然“光固化”對大部分人而言有些陌生，但每個人的日常生活都與油墨、涂料、油漆等息息相關。在張善端看來，紫外LED光固化系統在光纖行業的應用只是它形成的第一次行業突破，憑借其高質高效、節能環保、安全長久的優勢，這套技術以后將無所不在。“我們喜歡難題，難題意味著有門檻，不可能被快速復制。我們現在要做到推出一代、研發一代、預研一代。”張善端這樣描述研發團隊的理念。