Ultravioleta

Robôs e máquinas estranhas têm usado uma faixa específica de luz ultravioleta para esterilizar superfícies que possam estar contaminadas com coronavírus. Aqueles que precisam descontaminar grandes espaços, como quartos de hospitais ou cabines de aeronaves, usam grandes lâmpadas de mercúrio que consomem muita energia para produzir luz ultravioleta-C. Empresas em todo o mundo estão trabalhando para melhorar as capacidades dos LEDs de produção de UV-C, para oferecer uma alternativa mais compacta e eficiente. No início deste mês, a Seoul Viosys mostrou o que diz ser a primeira esterilização de 99,9% do SARS-COV-2, o coronavírus que causa a COVID-19, usando LEDs ultravioleta.

Os LEDs UV são mortais para vírus e bactérias, porque a banda C de comprimento de onda de 100-280 nanômetros destrói o material genético. Infelizmente, também é fortemente absorvido pelo nitrogênio do ar, então as fontes precisam ser poderosas para ter efeito à distância. (O ar é uma barreira tão forte que o UV-C do Sol não atinge a superfície da Terra.) Trabalhando com investigadores da Universidade da Coreia, em Seul, a empresa mostrou que os seus módulos Violed LED poderiam eliminar 99,9 por cento do SARS-COV. -2 vírus usando uma dose de 30 segundos a uma distância de três centímetros.

Infelizmente, a empresa não divulgou quantos de seus LEDs foram usados ​​para conseguir isso. Supondo que ela e os pesquisadores da universidade usassem um único módulo LED integrado Violed CMD-FSC-CO1A, uma dose de 30 segundos teria fornecido no máximo 600 milijoules de energia. Isso está um pouco alinhado com as expectativas. Um estudo sobre a capacidade do UVC de matar os vírus influenza A em máscaras respiratórias N95 indicou que cerca de 1 joule por centímetro quadrado bastaria.

Embora a distância de 3 centímetros possa funcionar em espaços apertados, como um filtro de ar ou purificador de água – produtos que os LEDs UV já atendem – ela não funciona para robôs esterilizadores de quartos de hospital. O esterilizador de cabine de avião GermFalcon, por exemplo, precisa banhar a cabine de uma aeronave com luz forte o suficiente para matar o vírus em segundos a uma distância de cerca de 30 centímetros, disse seu inventor, Dr. Arthur Kreitenberg, ao IEEE Spectrum no mês passado. Os LEDs UV-C de hoje não conseguem produzir luz suficiente para o trabalho, disse ele. Mas com as lâmpadas de mercúrio do GermFalcon, que medem a produção em watts, essa potência tem um grande custo em energia e volume. A bateria de fosfato de ferro do sistema deve fornecer 100 amperes para produzir a energia UV necessária.

As vantagens potenciais dos LEDs UV-C em relação às lâmpadas de mercúrio incluem a falta de mercúrio tóxico, melhor robustez, vida útil mais longa, inicialização mais rápida e emissão em uma diversidade de comprimentos de onda, o que pode auxiliar em seu papel germicida. Mas é o seu potencial de eficiência que pode ser mais importante.

No momento, as lâmpadas de mercúrio têm uma melhor eficiência de tomada de parede – entrada de energia elétrica versus saída de energia óptica – do que os LEDs UV-C atualmente disponíveis no mercado. A eficiência da tomada de parede dos LEDs UV-C atuais é de apenas 2,8%, com sistemas com eficiência de 3,3% na fase de pesquisa e desenvolvimento, de acordo com Jae-hak Jeong, pesquisador técnico e vice-presidente da Seoul Semiconductor, empresa controladora da Seoul Viosys. As lâmpadas de mercúrio apresentam 15-35 por cento.

A vantagem da lâmpada de mercúrio não deverá durar, porque os pesquisadores esperam que os LEDs UV-C sigam um caminho de melhoria de eficiência semelhante aos LEDs azuis da iluminação de estado sólido. No entanto, os dispositivos UV-C ainda têm um longo caminho a percorrer. Os LED azuis normalmente têm uma eficiência quântica interna, a fração de elétrons injetados em uma parte específica do LED que resulta na geração de fótons – de cerca de 90%. Para UV-C é de 30 a 40 por cento, diz Jeong. Para a eficiência quântica externa – a proporção entre fótons emitidos e elétrons que passam pelo LED – a comparação é ainda pior. Cerca de 70% para LEDs azuis versus 10-16% para dispositivos UV-C.

Segundo Jeong, para aumentar esses números serão necessárias melhorias tanto no processo de fabricação quanto na epitaxia, o crescimento do cristal semicondutor sobre o qual os LEDs são feitos. Esses LEDs geralmente são construídos usando epitaxia para fazer crescer uma camada de nitreto de alumínio cristalino sobre uma pastilha de safira. Os defeitos no cristal são o principal limitador do desempenho do LED, portanto, melhorar o processo de epitaxia é um caminho para LEDs mais brilhantes.