Da COVID-19 fortsætter med at hærge globale befolkninger, er verden særligt fokuseret på at finde måder at bekæmpe det nye coronavirus på. Dette inkluderer UC Santa Barbara' s Solid State Lighting& Energy Electronics Center (SSLEEC) og medlemsvirksomheder. Forskere der udvikler ultraviolette lysdioder, der har evnen til at dekontaminere overflader - og potentielt luft og vand -, der er kommet i kontakt med SARS-CoV-2-virussen.
& quot; En væsentlig anvendelse er i medicinske situationer - desinfektion af personligt beskyttelsesudstyr, overflader, gulve, inden for HVAC-systemer, et cetera," sagde materialedoktorforsker Christian Zollner, hvis arbejde er koncentreret om at fremme dyb ultraviolet lys LED-teknologi til sanitets- og rensningsformål. Han tilføjede, at der allerede findes et lille marked for UV-C-desinfektionsprodukter i medicinske sammenhænge.
Faktisk har meget opmærksomhed for sent henvendt sig til kraften i ultraviolet lys til at inaktivere det nye coronavirus. Som en teknologi har desinfektion af ultraviolet lys eksisteret i et stykke tid. Og mens det er praktisk, er der endnu ikke vist effektivitet i stor skala mod spredning af SARS-CoV-2. UV-lys viser et stort løfte: SSLEEC-medlemsvirksomhed Seoul Semiconductor rapporterede i begyndelsen af april en" 99,9% sterilisering af coronavirus (COVID-19) på 30 sekunder" med deres UV LED-produkter. Deres teknologi er i øjeblikket ved at blive brugt til bilbrug i UV LED-lamper, der steriliserer det indre af ledige køretøjer.
Det&# 39 er værd at bemærke, at ikke alle UV-bølgelængder er ens. UV-A og UV-B - de typer, vi får meget af her på Jorden med tilladelse fra solen - har vigtige anvendelser, men den sjældne UV-C er det ultraviolette lys, der vælges til rensning af luft og vand og til inaktivering af mikrober . Disse kan kun genereres via menneskeskabte processer.
& quot; UV-C-lys i området 260 - 285 nm, der er mest relevant for nuværende desinfektionsteknologier, er også skadeligt for menneskelig hud, så det bruges indtil videre mest i applikationer, hvor ingen er til stede på tidspunktet for desinfektion" Sagde Zollner. Faktisk advarer Verdenssundhedsorganisationen mod at bruge ultraviolette desinfektionslamper til at desinficere hænder eller andre områder af huden - selv kortvarig eksponering for UV-C-lys kan forårsage forbrændinger og øjenskader.
Før COVID-19-pandemien fik global fart, var materialeforskere på SSLEEC allerede på arbejde med at fremme UV-C LED-teknologi. Dette område af det elektromagnetiske spektrum er en relativt ny grænse for solid state-belysning; UV-C-lys genereres mere almindeligt via kviksølvdamplamper og ifølge Zollner" mange teknologiske fremskridt er nødvendige for at UV-LED'en kan nå sit potentiale med hensyn til effektivitet, pris, pålidelighed og levetid."
I et brev offentliggjort i tidsskriftet ACS Photonics rapporterede forskerne om en mere elegant metode til fremstilling af højkvalitets dyb ultraviolette (UV-C) LED'er, der involverer deponering af en film af halvlederlegeringen aluminium galliumnitrid (AlGaN) på et substrat af silicium hårdmetal (SiC) - en afvigelse fra det mere anvendte safirunderlag.
Ifølge Zollner giver anvendelse af siliciumcarbid som substrat mulighed for mere effektiv og omkostningseffektiv vækst af højkvalitets UV-C halvledermateriale end ved anvendelse af safir. Dette, forklarede han, skyldes, hvor tæt materialerne' atomstrukturer matcher hinanden.
& quot; Som en generel tommelfingerregel er, at jo mere strukturelt ens (med hensyn til atomkrystalstruktur) substratet og filmen er hinanden, jo lettere er det at opnå høj materialekvalitet," han sagde. Jo bedre kvalitet, jo bedre er LED' s effektivitet og ydeevne. Safir er anderledes strukturelt, og det kræver ofte komplicerede yderligere trin at producere materiale uden fejl og justeringer. Siliciumcarbid er ikke et perfekt match, sagde Zollner, men det muliggør en høj kvalitet uden behov for dyre, yderligere metoder.
Derudover er siliciumcarbid langt billigere end" ideel" aluminium nitrid substrat, hvilket gør det mere masseproduktionsvenligt, ifølge Zollner.
Bærbar, hurtigvirkende vanddesinfektion var blandt de primære anvendelser, forskerne havde i tankerne, da de udviklede deres UV-C LED-teknologi; dioderne' holdbarhed, pålidelighed og lille formfaktor ville være en spilskifter i mindre udviklede områder af verden, hvor rent vand ikke er tilgængeligt.
Fremkomsten af COVID-19-pandemien har tilføjet en anden dimension. Da verden kæmper for at finde vacciner, terapier og kur mod sygdommen, er desinfektion, dekontaminering og isolering de få våben, vi har for at forsvare os selv, og løsningerne skal implementeres over hele verden. Ud over UV-C til vandrensning kan UV-C-lys integreres i systemer, der tænder, når ingen er til stede, sagde Zollner.
& quot; Dette ville give en billig, kemikaliefri og bekvem måde at rense offentlige, private, personlige og medicinske rum," han sagde.
For øjeblikket er det&# 39 imidlertid et spil tålmodighed, da Zollner og kolleger venter på pandemien. Forskning ved UC Santa Barbara er bremset til en sive ved at minimere kontakt mellem mennesker og mennesker.
& quot; Vores næste trin, når forskningsaktiviteter genoptages ved UCSB, er at fortsætte vores arbejde med at forbedre vores AlGaN / SiC-platform for forhåbentlig at producere verdens' s mest effektive UV-C-lysemittere, [GG ] quot; han sagde.
Andre forskningsbidragere inkluderer Burhan K. SaifAddin (hovedforfatter), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza og Feng Wu, alle fra SSLEEC og / eller Department of Materialer på UC Santa Barbara.
