Podľa vedcov z Penn State, Minnesotskej univerzity a dvoch japonských univerzít je dnes možné používať osobné vreckové zariadenie s vysokou intenzitou ultrafialového žiarenia na dezinfekciu oblastí infikovanými novým koronavírusom.
Existujú dve bežne používané metódy na dezinfekciu a sterilizáciu oblastí od baktérií a vírusov - vystavenie chemikáliám alebo ultrafialovému žiareniu. UV žiarenie je v rozsahu 200 až 300 nanometrov a je známe, že vírus deaktivuje, čo znamená, že vírus nie je schopný rozmnožovania a infikovania. Počas súčasnej pandémie je veľmi potrebná rozsiahla adaptácia na UV žiarenie, vyžadujú sa však zdroje UV žiarenia, ktoré emitujú dostatočne vysoké dávky UV žiarenia. Zatiaľ čo v súčasnosti existujú zariadenia s týmito vysokými dávkami, zdrojom UV žiarenia je zvyčajne nákladná výbojka obsahujúca ortuť, ktorá vyžaduje príliš vysoký výkon, má relatívne krátku životnosť a je objemná.
Riešením je vyvinúť vysoko výkonné diódy vyžarujúce UV žiarenie, ktoré by boli oveľa prenosnejšie, dlhotrvajúce, energeticky efektívne a šetrné k životnému prostrediu. Zatiaľ čo tieto LED diódy existujú, ich prevádzanie prúdu na emisiu svetla je komplikované skutočnosťou, že materiál elektród musí byť tiež priehľadný pre UV žiarenie.
„Musíte zaistiť dostatočnú dávku UV žiarenia, aby ste zabili všetky vírusy,“ povedal Roman Engel-Herbert, docent Penn State univerzity, profesor materiálov, fyziky a chémie. „To znamená, že potrebujete vysokoúčinnú UV LED vyžarujúcu vysokú intenzitu UV žiarenia, ktoré je v súčasnosti obmedzené používaným priehľadným elektródovým materiálom.“
Aj keď nájdenie priehľadných elektródových materiálov pracujúcich vo viditeľnom spektre pre displeje, smartfóny a osvetlenie LED je dlhodobým problémom, pre ultrafialové svetlo je táto výzva ešte ťažšia.
„V súčasnosti neexistuje dobré riešenie pre UV-priehľadnú elektródu,“ povedal Joseph Roth, doktorand v odbore materiálových vied a inžinierstva v štáte Penn State. „Práve teraz sa používa súčasné materiálové riešenie, ktoré sa bežne používa na aplikáciu vo viditeľnom svetle, napriek tomu, že príliš pohlcuje UV-žiarenie. Jednoducho neexistuje žiadna optimálna voľba materiálu pre UV-priehľadný vodivý materiál, ktorý bol zatiaľ identifikovaný.“
Nájdenie nového materiálu so správnym zložením je kľúčom k zlepšeniu výkonu UV LED. Tím Penn State v spolupráci s teoretikmi materiálov z University of Minnesota včas uznal, že riešenie problému možno nájsť v nedávno objavenej novej triede transparentných vodičov. Keď teoretické predpovede poukazovali na materiál niobát stroncium, vedci oslovili svojich japonských spolupracovníkov, aby získali filmy niobátu stroncia a okamžite otestovali ich výkon ako UV priehľadné vodiče. Kým tieto filmy obsahovali prísľub teoretických predpovedí, vedci potrebovali metódu depozície, aby sa tieto filmy mohli škálovateľne integrovať.
„Okamžite sme sa pokúsili pestovať tieto filmy pomocou štandardnej techniky rastu filmov, ktorá sa v priemysle bežne používa a ktorá sa nazýva naprašovanie,“ povedal Roth. „Boli sme úspešní.“
Toto je kritický krok k technologickému dozrievaniu, ktoré umožňuje integrovať tento nový materiál do UV LED za nízku cenu a vysoké množstvo. Engel-Herbert aj Roth sa domnievajú, že je to počas tejto krízy potrebné.
„Zatiaľ čo našou prvou motiváciou pri vývoji priehľadných vodičov UV bolo vybudovať ekonomické riešenie pre dezinfekciu vody, teraz si uvedomujeme, že tento objav skrýva potenciálne riešenie na deaktiváciu COVID-19 v aerosóloch, ktoré by mohli byť distribuované v klimatizačných systémoch budov,“ Roth vysvetľuje. Ďalšími oblasťami použitia na dezinfekciu vírusov sú husto a často obývané oblasti, ako sú divadlá, športové arény a vozidlá verejnej dopravy, ako sú autobusy, metro a lietadlá.