Sensores ultravioleta flexibles de ultra alto rendimiento para usar en dispositivos ponibles

Si bien son invisibles para el ojo humano, los rayos UV nos rodean en nuestro entorno y la exposición excesiva puede causar problemas de salud, como cáncer de piel y envejecimiento prematuro de la piel. La intensidad de los rayos UV generalmente se informa a través de un índice durante los informes meteorológicos. Un dispositivo portátil, como una camiseta o un reloj que controle la exposición personal real a los rayos UV a lo largo del día, sería una guía útil y más precisa para las personas que buscan evitar el daño solar.

Los investigadores de la NTU informaron que sus sensores flexibles de luz ultravioleta eran 25 veces más sensibles y 330 veces más sensibles que los sensores existentes, lo que excedía el nivel de rendimiento requerido para aplicaciones optoelectrónicas:electrónica basada en luz.

Los sensores de luz ultravioleta, también conocidos como fotodetectores, se utilizan en una amplia gama de sistemas, desde teléfonos inteligentes hasta imágenes biomédicas. En las últimas décadas, el nitruro de galio (GaN) ganó prominencia como el material ideal para fabricar sensores de luz ultravioleta, en gran parte debido a sus propiedades superiores para emitir, regular, transmitir y detectar la luz. Sin embargo, la mayoría de los sensores UV basados ​​en GaN en la actualidad se construyen sobre capas rígidas, lo que limita su uso en productos flexibles y portátiles.

Si bien los investigadores de otros lugares han desarrollado sensores UV flexibles basados ​​en GaN, no han alcanzado el nivel de rendimiento requerido para el uso más avanzado. Dos de sus mayores desafíos son la baja capacidad de respuesta y la baja sensibilidad. El equipo de la NTU superó estas limitaciones al crear sensores de luz ultravioleta flexibles en una oblea semiconductora de 8 pulgadas de diámetro, utilizando capas monocristalinas independientes de GaN y nitruro de aluminio y galio (AlGaN), dispuestas mediante membranas que constan de dos capas semiconductoras delgadas diferentes. (membranas de heteroestructura).

Este tipo de estructura semiconductora, que se puede fabricar utilizando métodos compatibles con la industria existente, permite que el material se doble fácilmente, lo que lo hace ideal para su uso en sensores flexibles. Al mismo tiempo, la composición química del material cambia con la profundidad, lo que significa que se mantiene un alto rendimiento incluso bajo tensión.

En las pruebas de laboratorio, los sensores de luz ultravioleta flexibles de NTU operaron con altos niveles de capacidad de respuesta y sensibilidad, incluso mientras estaban sujetos a múltiples pruebas de flexión y alta temperatura. Bajo un rango de tensiones externas (compresión, plana y de tracción), los sensores registraron un nivel de respuesta de entre 529 y 1340 amperios/vatio (unidad utilizada para medir la capacidad de un dispositivo para convertir una señal óptica en una señal eléctrica), que es aproximadamente 100 veces mayor que los sensores UV existentes. Esta capacidad de respuesta se mantuvo estable después de 100 ciclos de flexión repetitiva, lo que demuestra su potencial para integrarse en dispositivos portátiles.

“Los sensores de luz ultravioleta flexibles de alto rendimiento que hemos creado allanan el camino para una amplia gama de futuras aplicaciones portátiles, como el control inteligente de la salud personal, donde las personas pueden medir con precisión sus niveles de exposición a los rayos ultravioleta a lo largo del día para reducir el riesgo de cáncer de piel”, dijo el profesor Kim Munho. El cáncer de piel, uno de los tipos de cáncer más comunes en todo el mundo, es causado principalmente por la sobreexposición a la radiación ultravioleta del sol. En regiones como Australia, que tiene la tasa más alta de cáncer de piel en el mundo, se estima que aproximadamente 2 de cada 3 personas serán diagnosticadas con cáncer de piel cuando lleguen a los 70 años, según datos compilados por World Fondo de Investigación del Cáncer.

“El cáncer de piel se puede prevenir protegiendo la piel de la exposición excesiva al sol. Por lo tanto, un dispositivo portátil confiable que pueda rastrear la exposición a los rayos UV podría ser una herramienta útil para ayudar a monitorear la exposición recomendada, particularmente para aquellos que pasan mucho tiempo al aire libre”, dijo el equipo de investigación.