Mentre covid-19 continua a devastare le popolazioni globali, il mondo è singolarmente focalizzato sulla ricerca di modi per combattere il nuovo coronavirus. Tra questi il Solid State Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC) dell'UC Santa Barbara e le aziende associate. I ricercatori stanno sviluppando LED ultravioletti che hanno la capacità di decontaminare superfici -- e potenzialmente aria e acqua -- che sono venuti a contatto con il virus SARS-CoV-2.
"Una delle principali applicazioni è in situazioni mediche : la disinfezione di dispositivi di protezione individuale, superfici, pavimenti, all'interno dei sistemi HVAC, eccetera", ha dichiarato il ricercatore di dottorato dei materiali Christian Zollner, il cui lavoro si concentra sull'avanzamento della tecnologia LED della luce ultravioletta profonda per scopi igienico-sanitari e di purificazione. Ha aggiunto che esiste già un piccolo mercato per i prodotti di disinfezione UV-C in contesti medici.
In effetti, molta attenzione negli ultimi tempi si è rivolta al potere della luce ultravioletta per inattivare il nuovo coronavirus. Come tecnologia, la disinfezione della luce ultravioletta è in circolazione da un po 'di tempo. E mentre l'efficacia pratica su larga scala contro la diffusione della SARS-CoV-2 deve ancora essere dimostrata. La luce UV mostra molte promesse: la società membro SSLEEC Seoul Semiconductor all'inizio di aprile ha riportato una "sterilizzazione del coronavirus del 99,9% (COVID-19) in 30 secondi" con i loro prodotti UV LED. La loro tecnologia è attualmente in fase di adozione per uso automobilistico, nelle lampade UV LED che sterilizzano l'interno di veicoli non lavorati.
Vale la pena notare che non tutte le lunghezze d'onda UV sono uguali. UV-A e UV-B -- i tipi che otteniamo molto qui sulla Terra per gentile concessione del Sole -- hanno usi importanti, ma il raro UV-C è la luce ultravioletta preferita per purificare aria e acqua e per inattivare i microbi. Questi possono essere generati solo attraverso processi fatti dall'uomo.
"La luce UV-C nella gamma 260 - 285 nm più rilevante per le attuali tecnologie di disinfezione è dannosa anche per la pelle umana, quindi per ora viene utilizzata principalmente in applicazioni in cui nessuno è presente al momento della disinfezione", ha detto Zollner. In effetti, l'Organizzazione Mondiale della Sanità mette in guardia dall'usare lampade di disinfezione ultraviolette per sanificare le mani o altre aree della pelle - anche una breve esposizione alla luce UV-C può causare ustioni e danni agli occhi.
Prima che la pandemia di COVID-19 acquisisse slancio globale, gli scienziati dei materiali di SSLEEC erano già al lavoro per far progredire la tecnologia LED UV-C. Quest'area dello spettro elettromagnetico è una frontiera relativamente nuova per l'illuminazione allo stato solido; La luce UV-C è più comunemente generata tramite lampade a vapore al mercurio e, secondo Zollner, "sono necessari molti progressi tecnologici affinché i LED UV raggiungano il suo potenziale in termini di efficienza, costi, affidabilità e durata".
In una lettera pubblicata sulla rivista ACS Photonics, i ricercatori hanno riportato un metodo più elegante per fabbricare LED ultravioletti profondi (UV-C) di alta qualità che prevede il deposito di un film del nitruro di gallio di alluminio in lega semiconduttore (AlGaN) su un substrato di carburo di silicio (SiC) - un allontanamento dal substrato di zaffiro più ampiamente utilizzato.
Secondo Zollner, l'utilizzo del carburo di silicio come substrato consente una crescita più efficiente ed economica del materiale semiconduttore UV-C di alta qualità rispetto all'utilizzo dello zaffiro. Ciò, ha spiegato, è dovuto alla stretta corrispondenza delle strutture atomiche dei materiali.
"Come regola generale, più strutturalmente simili (in termini di struttura a cristalli atomici) il substrato e il film sono l'uno per l'altro, più facile è raggiungere un'alta qualità del materiale", ha detto. Migliore è la qualità, migliore è l'efficienza e le prestazioni del LED. Lo zaffiro è strutturalmente dissimile e produrre materiale senza difetti e disallineamenti richiede spesso complicati passaggi aggiuntivi. Il carburo di silicio non è un abbinamento perfetto, ha detto Zollner, ma consente un'alta qualità senza la necessità di metodi costosi e aggiuntivi.
Inoltre, il carburo di silicio è molto meno costoso del substrato di nitruro di alluminio "ideale", rendendolo più adatto alla produzione di massa, secondo Zollner.
La disinfezione dell'acqua portatile ad azione rapida era tra le applicazioni principali che i ricercatori avevano in mente mentre stavano sviluppando la loro tecnologia LED UV-C; la durata, l'affidabilità e il fattore di forma ridotto dei diodi sarebbero un punto di svolta nelle aree meno sviluppate del mondo in cui l'acqua pulita non è disponibile.
L'emergere della pandemia di COVID-19 ha aggiunto un'altra dimensione. Mentre il mondo corre per trovare vaccini, terapie e cure per la malattia, la disinfezione, la decontaminazione e l'isolamento sono le poche armi che dobbiamo difendere da soli, e le soluzioni dovranno essere dispiegate in tutto il mondo. Oltre ai RAGGI UV-C per scopi igienico-sanitari, la luce UV-C potrebbe essere integrata in sistemi che si attivano quando nessuno è presente, ha detto Zollner.
"Ciò fornirebbe un modo economico, privo di sostanze chimiche e conveniente per sanificare gli spazi pubblici, al dettaglio, personali e medici", ha affermato.
Per il momento, tuttavia, è un gioco di pazienza, poiché Zollner e colleghi aspettano la pandemia. La ricerca presso UC Santa Barbara ha rallentato fino a ridurre al minimo il contatto da persona a persona.
"I nostri prossimi passi, una volta che le attività di ricerca riprenderanno presso UCSB, è continuare il nostro lavoro per migliorare la nostra piattaforma AlGaN / SiC per produrre, si spera, gli emettitori di luce UV-C più efficienti al mondo", ha affermato.
Altri contributori alla ricerca includono Burhan K. SaifAddin (autore principale), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza e Feng Wu, tutti di SSLEEC e /o del Dipartimento dei Materiali dell'UC Santa Barbara.
