een persoonlijke, handheld apparaat dat ultraviolet licht met hoge intensiteit uitstraalt om gebieden te desinfecteren door het nieuwe coronavirus te doden, is nu mogelijk, volgens onderzoekers van Penn State, de Universiteit van Minnesota en twee Japanse universiteiten.

Er zijn twee veelgebruikte methoden om gebieden te ontsmetten en te desinfecteren tegen bacteriën en virussen:chemicaliën of blootstelling aan ultraviolette straling. De UV-straling ligt in het bereik van 200 tot 300 nanometer en het is bekend dat het het virus vernietigt, waardoor het virus zich niet kan voortplanten en infecteren. Tijdens de huidige pandemie is er veel vraag naar wijdverbreide toepassing van deze efficiënte UV-benadering, maar het vereist UV-stralingsbronnen die voldoende hoge doses UV-licht uitstralen. Hoewel er momenteel apparaten met deze hoge doses bestaan, de UV-stralingsbron is typisch een dure kwikhoudende gasontladingslamp, die een hoog vermogen vereist, heeft een relatief korte levensduur, en is omvangrijk.

De oplossing is het ontwikkelen van hoogwaardige, UV lichtemitterende diodes, die veel draagbaarder zou zijn, langdurig, energiezuinig en milieuvriendelijk. Hoewel deze LED's bestaan, het aanleggen van een stroom voor lichtemissie wordt bemoeilijkt door het feit dat het elektrodemateriaal ook transparant moet zijn voor UV-licht.

"Je moet zorgen voor een voldoende dosis UV-licht om alle virussen te doden, " zei Roman Engel-Herbert, Penn State universitair hoofddocent materiaalkunde, Natuurkunde en scheikunde. "Dit betekent dat je een krachtige UV-LED nodig hebt die een hoge intensiteit van UV-licht uitstraalt, die momenteel wordt beperkt door het transparante elektrodemateriaal dat wordt gebruikt."

Bij het vinden van transparante elektrodematerialen die in het zichtbare spectrum voor displays werken, smartphones en led-verlichting is een al lang bestaand probleem, de uitdaging is nog moeilijker voor ultraviolet licht.

"Er is momenteel geen goede oplossing voor een UV-transparante elektrode, " zei Joseph Roth, promovendus in Materials Science and Engineering aan Penn State. "Direct, de huidige materiaaloplossing die gewoonlijk wordt gebruikt voor het aanbrengen van zichtbaar licht, wordt gebruikt ondanks het feit dat het te absorberend is in het UV-bereik. Er is simpelweg geen goede materiaalkeuze voor een geïdentificeerd UV-transparant geleidermateriaal."

Het vinden van een nieuw materiaal met de juiste samenstelling is de sleutel tot het verbeteren van de prestaties van UV-LED's. Het Penn State-team, in samenwerking met materiaaltheoretici van de Universiteit van Minnesota, werd al vroeg erkend dat de oplossing voor het probleem zou kunnen worden gevonden in een recent ontdekte nieuwe klasse van transparante geleiders. Toen theoretische voorspellingen wezen op het materiaal strontiumniobaat, de onderzoekers namen contact op met hun Japanse medewerkers om strontiumniobaatfilms te verkrijgen en testten onmiddellijk hun prestaties als UV-transparante geleiders. Hoewel deze films de belofte inhielden van de theoretische voorspellingen, de onderzoekers hadden een depositiemethode nodig om deze films schaalbaar te integreren.

"We hebben onmiddellijk geprobeerd deze films te laten groeien met behulp van de standaard filmgroeitechniek die algemeen wordt toegepast in de industrie, sputteren genoemd, ' zei Roth. 'We waren succesvol.'

Dit is een cruciale stap op weg naar technologische rijping die het mogelijk maakt om dit nieuwe materiaal tegen lage kosten en in grote hoeveelheden te integreren in UV-LED's. En zowel Engel-Herbert als Roth vinden dat dit nodig is tijdens deze crisis.

"Terwijl onze eerste motivatie bij het ontwikkelen van UV-transparante geleiders was om een ​​economische oplossing voor waterdesinfectie te bouwen, we realiseren ons nu dat deze baanbrekende ontdekking mogelijk een oplossing biedt om COVID-19 te deactiveren in aerosolen die mogelijk worden verspreid in HVAC-systemen van gebouwen, " legt Roth uit. Andere toepassingsgebieden voor virusdesinfectie zijn dichtbevolkte en vaak bevolkte gebieden, zoals theaters, sportarena's en voertuigen voor openbaar vervoer zoals bussen, metro's en vliegtuigen.