Kuna COVID-19 laastab jätkuvalt ülemaailmseid elanikkondi, keskendub maailm peamiselt uudse koroonaviiruse vastu võitlemise võimaluste leidmisele. See hõlmab UC Santa Barbara tahke oleku valgustuse ja energia elektroonika keskus (SSLEEC) ja liikmesettevõtteid. Sealsed teadlased arendavad ultraviolett-LEDe, mis on võimelised puhastama SARS-CoV-2 viirusega kokku puutunud pindu ja potentsiaalselt õhku ja vett.
"Üks suur rakendus on meditsiinilistes olukordades - isikukaitsevahendite, pindade, põrandate desinfitseerimine HVAC-süsteemides jne," ütles materjalidoktor Christian Zollner, kelle töö keskendub sügava ultraviolettvalguse LED-tehnoloogia edendamisele kanalisatsiooni ja puhastamise eesmärgil. Ta lisas, et UV-C desinfitseerimistoodete jaoks on meditsiinis juba olemas väike turg.
Tõepoolest, palju tähelepanu viimasel ajal on pöördunud ultraviolettvalguse võimule, et inaktiveerida uudne koroonaviirus. Tehnoloogiana on ultraviolettkiirguse desinfitseerimine juba mõnda aega olnud. Ja kuigi praktilist, laiaulatuslikku efektiivsust SARS-CoV-2 leviku vastu ei ole veel näidatud. UV-valgus näitab palju lubadusi: SSLEEC liikmesfirma Seoul Semiconductor aprilli alguses teatas "99,9% koroonaviiruse (COVID-19) steriliseerimisest 30 sekundi jooksul" oma UV-LED-toodetega. Nende tehnoloogia on praegu kasutusele võetud autotööstuses kasutamiseks UV-LED-lampides, mis steriliseerivad hõivatud sõidukite sisemuse.
Väärib märkimist, et mitte kõik UV-lainepikkused ei ole sarnased. UV-A ja UV-B -- tüüpidel, mida me siin Maal palju saame- on olulised kasutusalad, kuid haruldane UV-C on ultraviolettvalgus, mis on valitud õhu ja vee puhastamiseks ning mikroobide inaktiveerimiseks. Neid saab luua ainult inimtekkeliste protsesside kaudu.
"UV-C valgus 260 -- 285 nm vahemikus, mis on kõige asjakohasem praeguste desinfitseerimistehnoloogiate jaoks, on kahjulik ka inimese nahale, nii et praegu kasutatakse seda enamasti rakendustes, kus desinfitseerimise ajal kedagi ei ole," ütles Zollner. Tegelikult hoiatab Maailma Terviseorganisatsioon ultraviolett-desinfitseerimislampide kasutamise eest käte või muude nahapiirkondade desinfitseerimiseks - isegi lühike kokkupuude UV-C valgusega võib põhjustada põletusi ja silmakahjustusi.
Enne COVID-19 pandeemia ülemaailmset hoogu, olid SSLEECi materjaliteadlased juba tööl UV-C LED-tehnoloogia arendamisel. See elektromagnetilise spektri ala on tahkisvalgustuse suhteliselt uus piir; UV-C valgust toodetakse sagedamini elavhõbeda aurulampide abil ja Zollneri sõnul "on uv-LED-i potentsiaali saavutamiseks tõhususe, maksumuse, töökindluse ja eluea osas vaja palju tehnoloogilisi edusamme."
Ajakirjas ACS Photonics avaldatud kirjas teatasid teadlased elegantsemast meetodist kvaliteetsete süva ultraviolettkiirguse (UV-C) LEDide valmistamiseks, mis hõlmab pooljuhtsulamist alumiiniumgaliumnitriidi (AlGaN) kile ladestumist ränikarbiidi (SiC) substraadile - kõrvalekaldumist laialdasemalt kasutatavast safiirsubstraadist.
Zollneri sõnul võimaldab ränikarbiidi kasutamine substraadina kvaliteetse UV-C pooljuhtmaterjali tõhusamat ja kulutõhusamat kasvu kui safiiri kasutamine. Ta selgitas, et see on tingitud sellest, kui tihedalt materjalide aatomistruktuurid kokku sobivad.
"Rusikareeglina on substraat ja kile üksteisele struktuurselt sarnased (aatomikristalli struktuuri poolest), seda lihtsam on saavutada kõrget materjalikvaliteeti," ütles ta. Mida parem on kvaliteet, seda parem on LED-i tõhusus ja jõudlus. Safiir on struktuurilt erinev ja vigade ja ebakõladeta materjali tootmine nõuab sageli keerulisi täiendavaid samme. Ränikarbiid ei ole täiuslik sobivus, Zollner ütles, kuid see võimaldab kõrget kvaliteeti ilma kulukate lisameetoditeta.
Lisaks on ränikarbiid palju odavam kui "ideaalne" alumiiniumist nitriidsubstraat, muutes selle Zollneri sõnul masstootmisesõbralikumaks.
Kaasaskantav, kiiresti toimiv vee desinfitseerimine oli üks peamisi rakendusi, mida teadlased pidasid silmas UV-C LED-tehnoloogia arendamisel; dioodide vastupidavus, usaldusväärsus ja väike vormitegur oleks mängumuutja vähem arenenud maailma piirkondades, kus puhas vesi ei ole kättesaadav.
COVID-19 pandeemia tekkimine on lisanud veel ühe mõõtme. Kuna maailm võidutseb vaktsiinide, ravimeetodite ja ravi leidmisega haigusele, desinfitseerimisele, saastest puhastamisele ja isoleerimisele, on need vähesed relvad, mida me peame ennast kaitsma, ning lahendusi tuleb kasutada kogu maailmas. Lisaks UV-C-le vee kanalisatsiooni eesmärgil võiks UV-C-valguse integreerida süsteemidesse, mis lülituvad sisse, kui kedagi pole, ütles Zollner.
"See pakuks odavat, kemikaalivaba ja mugavat viisi avalike, jaemüügi-, isiklike ja meditsiiniliste ruumide desinfitseerimiseks," ütles ta.
Praegu on see aga kannatlikkuse mäng, kuna Zollner ja kolleegid ootavad pandeemiat. UC Santa Barbara uuringud on aeglustanud trikki, et minimeerida inimeste ja inimeste kontakti.
"Meie järgmine samm, kui UCSB-s jätkub teadustegevus, on jätkata tööd meie AlGaN/SiC platvormi täiustamiseks, et loodetavasti toota maailma kõige tõhusamaid UV-C valguskiirgajaid," ütles ta.
Teised teadustöö toetajad on Burhan K. SaifAddin (juhtiv autor), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza ja Feng Wu, kõik SSLEEC-ist ja/või UC Santa Barbara materjaliosakonnast.
