COVID-19 küresel nüfusları kasıp kavurmaya devam ederken, dünya tek başına yeni koronavirüsle mücadelenin yollarını bulmaya odaklanmış durumda. Buna UC Santa Barbara'nın Katı Hal Aydınlatma ve Enerji Elektroniği Merkezi (SSLEEC) ve üye şirketler de dahildir. Araştırmacılar, SARS-CoV-2 virüsüyle temas eden yüzeyleri ve potansiyel olarak hava ve suyu arındırma yeteneğine sahip ultraviyole LED'ler geliştiriyorlar.
Derin ultraviyole ışık LED teknolojisinin sanitasyon ve saflaştırma amacıyla ilerletilmesine yönelik çalışma merkezleri olan malzeme doktora araştırmacısı Christian Zollner, "Önemli bir uygulama tıbbi durumlarda - kişisel koruyucu ekipmanların, yüzeylerin, zeminlerin, HVAC sistemleri içinde dezenfeksiyonu, vesaire," dedi. Uv-C dezenfeksiyon ürünleri için tıbbi bağlamlarda küçük bir pazarın zaten mevcut olduğunu da sözlerine ekledi.
Gerçekten de, son zamanlarda çok dikkat, ultraviyole ışığın yeni koronavirüsü devre dışı bırakma gücüne döndü. Bir teknoloji olarak, ultraviyole ışık dezenfeksiyonu bir süredir var. SARS-CoV-2'nin yayılmasına karşı pratik, büyük ölçekli etkinlik henüz gösterilmedi. UV ışığı çok fazla umut vaat ediyor: SSLEEC üyesi şirket Seul Semiconductor Nisan ayı başlarında UV LED ürünleriyle "30 saniyede koronavirüsün (COVID-19) % 99,9 sterilizasyonu" bildirdi. Teknolojileri şu anda, boş araçların içini sterilize eden UV LED lambalarda otomotiv kullanımı için benimseniyor.
Tüm UV dalga boylarının birbirine benzemediğini belirtmek gerekir. UV-A ve UV-B -- Güneş'in izniyle dünya üzerinde çok fazla aldığımız türlerin - önemli kullanımları vardır, ancak nadir görülen UV-C, hava ve suyu arındırmak ve mikropları etkisiz hale koymak için tercih edilen ultraviyole ışıktır. Bunlar sadece insan yapımı süreçlerle üretilebilir.
Zollner, "Mevcut dezenfeksiyon teknolojileriyle en alakalı olan 260 - 285 nm aralığındaki UV-C ışığı da insan cildine zararlıdır, bu nedenle şimdilik çoğunlukla dezenfeksiyon sırasında kimsenin bulunmadığı uygulamalarda kullanılmaktadır." dedi. Aslında, Dünya Sağlık Örgütü elleri veya cildin diğer bölgelerini sterilize etmek için ultraviyole dezenfeksiyon lambaları kullanmamaları konusunda uyarıyor - UV-C ışığına kısa süre maruz kalmak bile yanıklara ve göz hasarına neden olabilir.
COVID-19 salgını küresel ivme kazanmadan önce, SSLEEC'teki malzeme bilimcileri UV-C LED teknolojisini ilerletmek için zaten iş başındaydı. Elektromanyetik spektrumun bu alanı katı hal aydınlatması için nispeten yeni bir sınırdır; UV-C ışığı daha çok cıva buharı lambaları aracılığıyla üretilir ve Zollner'e göre ,"UV LED'in verimlilik, maliyet, güvenilirlik ve ömür açısından potansiyeline ulaşması için birçok teknolojik ilerlemeye ihtiyaç vardır."
ACS Photonics dergisinde yayınlanan bir mektupta araştırmacılar, yarı iletken alaşımlı alüminyum galyum nitrürün (AlGaN) bir filmini silikon karbür (SiC) alt tabakasına yatırmayı içeren yüksek kaliteli derin ultraviyole (UV-C) LED'leri imal etmek için daha zarif bir yöntem bildirdiler - daha yaygın olarak kullanılan safir substrattan bir ayrılma.
Zollner'e göre, silikon karbürün bir substrat olarak kullanılması, yüksek kaliteli UV-C yarı iletken malzemenin safir kullanmaktan daha verimli ve uygun maliyetli büyümesini sağlar. Bunun, malzemelerin atomik yapılarının ne kadar yakından eşleşmesi olduğunu açıkladı.
"Genel bir kural olarak, alt tabaka ve film birbirine yapısal olarak ne kadar benzerse (atomik kristal yapısı açısından) yüksek malzeme kalitesi elde etmek o kadar kolay olur", dedi. Kalite ne kadar iyise, LED'in verimliliği ve performansı da o kadar iyi olur. Safir yapısal olarak farklıdır ve kusurları ve yanlış hizalamaları olmayan malzeme üretmek genellikle karmaşık ek adımlar gerektirir. Silikon karbürün mükemmel bir eşleşme olmadığını belirten Zollner, ancak maliyetli, ek yöntemlere ihtiyaç duymadan yüksek bir kalite sağladığını söyledi.
Buna ek olarak, silikon karbür "ideal" alüminyum nitrür substratından çok daha ucuzdur, bu da Zollner'e göre daha seri üretim dostu hale getirir.
Taşınabilir, hızlı etkili su dezenfeksiyonu, araştırmacıların UV-C LED teknolojilerini geliştirirken akıllarında olan birincil uygulamalar arasındaydı; diyotların dayanıklılığı, güvenilirliği ve küçük form faktörü, dünyanın daha az gelişmiş bölgelerinde temiz suyun bulunmadığı bir oyun değiştirici olacaktır.
COVID-19 salgınının ortaya çıkışı bir boyut daha ekledi. Dünya aşı, tedavi ve hastalık için tedaviler bulmak için yarışırken, dezenfeksiyon, arındırma ve izolasyon kendimizi savunmak zorunda olduğumuz birkaç silahtır ve çözümlerin dünya çapında dağıtılması gerekecektir. Zollner, su sanitasyon amacıyla UV-C'ye ek olarak, UV-C ışığının kimse olmadığında yanan sistemlere entegre edilebileceğini söyledi.
"Bu, kamusal, perakende, kişisel ve tıbbi alanları sterilize etmek için düşük maliyetli, kimyasal içermeyen ve uygun bir yol sağlayacaktır." dedi.
Ancak şu an için, Zollner ve meslektaşları pandemiyi beklerken, bu bir sabır oyunu. UC Santa Barbara'daki araştırmalar, kişiden kişiye teması en aza indirmek için yavaşladı.
"UCSB'de araştırma faaliyetleri devam ettikten sonra atacağımız bir sonraki adım, dünyanın en verimli UV-C ışık yayıcılarını üretmek için AlGaN/SiC platformumuzu geliştirme çalışmalarımıza devam etmektir." dedi.
Araştırmaya katkıda bulunan diğer isimler arasında Burhan K. SaifAddin (baş yazar), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza ve Feng Wu, hepsi SSLEEC ve/veya UC Santa Barbara Malzeme Departmanı'ndan.
