Sensores UV flexibles avanzados para protección solar portátil

Aunque invisibles al ojo humano, los rayos UV nos rodean en nuestro entorno, y la exposición excesiva puede causar problemas de salud incluyendo cáncer de piel y envejecimiento prematuro de la piel. La intensidad de los rayos UV se reporta típicamente a través de un índice durante los partes meteorológicos. Un dispositivo portátil, como una camiseta o reloj que monitoree la exposición UV personal real durante el día, sería una guía útil y más precisa para personas que buscan evitar daño solar.

Investigadores de NTU han reportado que sus sensores flexibles de luz UV fueron 25 veces más responsivos y 330 veces más sensibles que sensores existentes, superando el nivel de rendimiento requerido para aplicaciones optoelectrónicas —electrónica basada en luz.

Los sensores de luz UV, también conocidos como fotodetectores, se usan en una amplia gama de sistemas, desde smartphones hasta imagen biomédica. En las últimas décadas, el nitruro de galio (GaN) ha ganado prominencia como material ideal para fabricar sensores de luz UV, largely due to its superior properties in emitting, regulating, transmitting, and sensing light. Sin embargo, la mayoría de sensores UV basados en GaN hoy están construidos sobre capas rígidas, limitando su uso en productos flexibles y portátiles.

Mientras investigadores en otros lugares han desarrollado sensores UV flexibles basados en GaN, no han alcanzado el nivel de rendimiento requerido para uso de vanguardia. Dos de sus mayores desafíos son baja responsividad y baja sensibilidad. El equipo de NTU superó estas limitaciones creando sensores flexibles de luz UV en una oblea de semiconductor de 8 pulgadas de diámetro, usando capas monocristalinas independientes de GaN y nitruro de aluminio galio (AlGaN), arregladas usando membranas que consisten en dos capas delgadas de semiconductor diferentes (membranas heteroestructura).

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

En pruebas de laboratorio, los sensores flexibles de luz UV de NTU operaron a altos niveles de responsividad y sensibilidad incluso mientras eran sometidos a múltiples pruebas de flexión y alta temperatura. Bajo una gama de tensiones externas (compresiva, plana y tensil), los sensores registraron un nivel de responsividad entre 529–1340 Amperio/Vatio (unidad para medir la capacidad de un dispositivo para convertir señal óptica a eléctrica), que es unas 100 veces más alto que sensores UV existentes. Esta responsividad permaneció estable después de 100 ciclos de flexión repetitiva, demostrando su potencial para integrarse en wearables.

"Los sensores flexibles de luz UV de alto rendimiento que hemos creado abren el camino para una amplia gama de futuras aplicaciones portátiles, como en monitoreo inteligente de salud personal, donde las personas pueden medir con precisión sus niveles de exposición UV durante el día para reducir su riesgo de cáncer de piel", dijo el Profesor Kim Munho. El cáncer de piel, uno de los tipos de cáncer más comunes globalmente, es causado principalmente por sobreexposición a radiación UV 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 para cuando alcancen los 70 años, según datos compilados por el Fondo Mundial de Investigación del Cáncer.

"El cáncer de piel puede prevenirse protegiendo la piel de la exposición solar excesiva. Así que un dispositivo portátil fiable que pudiera rastrear la exposición UV podría ser una herramienta útil para ayudar a monitorear la exposición recomendada, particularmente para quienes pasan mucho tiempo al aire libre", dijo el equipo de investigación.