Mais calor do que luz para LEDs UVC

O velho ditado sobre um argumento que gera “mais calor do que luz” também resume o desafio térmico no crescente mercado de LEDs UVC usados ​​para desinfetar instrumentos médicos, água e outros produtos de consumo diário, escreve John Cafferkey da Cambridge Nanotherm.

A tecnologia Ultravioleta C (UVC) tem suas raízes no início do século 20, quando as lâmpadas de vapor de mercúrio foram produzidas em massa.

Lâmpadas emissoras de UV foram usadas para desinfecção de água potável em 1910. No entanto, a planta protótipo provou ser pouco confiável e foi fechada.

Na década de 1950, novos sistemas de tratamento de água UVC foram testados e em meados da década de 1980 havia cerca de 1.500 fábricas em toda a Europa. Além do tratamento de água, o UVC é usado em aplicações que vão desde a limpeza de equipamentos médicos e quartos de hospital até a desinfecção de aquecimento, ventilação e ar condicionado ( HVAC) para evitar a propagação de patógenos.

Embora as lâmpadas de vapor de mercúrio sejam extremamente eficazes nestas aplicações em grande escala, a natureza frágil das lâmpadas e a utilização de mercúrio perigoso significa que são inadequadas para aplicações mais portáteis e de fácil utilização.

Nos últimos anos, os fabricantes de LED desenvolveram LEDs UVC cada vez mais eficazes. Embora não sejam tão eficientes quanto os LEDs UVA (que são usados ​​para curar tintas e tintas), eles estão se tornando viáveis ​​para aplicações de baixo consumo de energia.

Foi esta entrada em novos mercados que levou os analistas da indústria Yole Développement a prever uma explosão no crescimento do LED UVC, de 7 milhões de dólares em 2015 para uns espantosos 610 milhões de dólares em 2021.

Este boom se baseia na criação de um mercado de LEDs UVC para aplicações UVC portáteis e fáceis de consumir. Por exemplo, os consumidores poderão comprar «varinhas» de desinfeção portáteis, que poderão utilizar para esterilizar artigos de uso diário, como smartphones, tablets ou teclados.

Os fabricantes de bens de consumo poderão incorporar a tecnologia LED UVC em produtos para fabricar itens autodesinfetantes. Por exemplo, uma escova de dentes pode desinfetar-se depois de ser colocada de volta no suporte, uma mamadeira de leite para bebê pode se autoesterilizar com o apertar de um botão e uma torneira pode esterilizar a água conforme e quando você a usa – as possibilidades são infinitas.

No entanto, são algumas das aplicações mais profundas do UVC que realmente chamam a atenção. Garrafas portáteis de esterilização de água poderiam melhorar a forma como os países em desenvolvimento oferecem água limpa aos seus cidadãos, esterilizando a água no ponto de consumo. Isto será especialmente valioso em áreas onde não exista infra-estrutura centralizada de esterilização da água, ou em locais de catástrofe onde a água potável possa ser rapidamente fornecida.

Deixando de lado novas aplicações, até mesmo hospitais (onde o UVC é usado há anos) podem se beneficiar. Globalmente, todos os anos, mais de 700.000 pacientes – o que equivale a um em cada 25 pacientes – sofrem de uma infecção enquanto estão hospitalizados, causando 75.000 mortes. A tecnologia UVC poderia ser incorporada em instrumentos médicos como estetoscópios e bisturis, que poderiam ser esterilizados em segundos.

Os LED UVC têm o potencial de levar o poder esterilizante do UVC ao mercado de massa e podem ter grandes implicações para a saúde pública.

O desafio térmico

A tecnologia ainda está em sua infância e, entre outros desafios, uma barreira é o gerenciamento térmico dos LEDs UVC. Como qualquer componente eletrônico, os LEDs são sensíveis ao calor.

Os LED UVC têm uma eficiência quântica externa (EQE) particularmente baixa – eles convertem apenas cerca de 5% da entrada de energia em luz. Os 95% restantes da energia são convertidos em calor que deve ser removido rapidamente para manter a junção do LED abaixo da temperatura máxima de operação. Deixar de manter a matriz do LED fria irá, na melhor das hipóteses, encurtar sua vida útil e, na pior das hipóteses, causar uma falha catastrófica.

À medida que os LEDs UVC se tornam mais potentes (o mais recente é de 75mW), os fabricantes precisam procurar novas maneiras de enfrentar esse desafio. A questão permanece: como lidar com as altas demandas térmicas dos LEDs UV e, ao mesmo tempo, garantir que os componentes permaneçam econômicos, duráveis, usináveis ​​e resistentes ao desgaste da própria fonte de luz UV.