Sensores de ultravioleta flexíveis de ultra alto desempenho para uso em wearables

Embora invisíveis ao olho humano, os raios UV nos cercam em nosso ambiente, e a exposição excessiva pode causar problemas de saúde, incluindo câncer de pele e envelhecimento prematuro da pele. A intensidade dos raios UV é normalmente relatada por meio de um índice durante os boletins meteorológicos. Um dispositivo vestível, como uma camiseta ou um relógio que monitore a exposição pessoal real aos raios UV ao longo do dia, seria um guia útil e mais preciso para pessoas que procuram evitar danos causados ​​pelo sol.

Os pesquisadores da NTU relataram que seus sensores flexíveis de luz UV eram 25 vezes mais responsivos e 330 vezes mais sensíveis do que os sensores existentes, excedendo o nível de desempenho necessário para aplicações optoeletrônicas - eletrônicos baseados em luz.

Os sensores de luz UV, também conhecidos como fotodetectores, são usados ​​em uma ampla gama de sistemas, desde smartphones até imagens biomédicas. Nas últimas décadas, o nitreto de gálio (GaN) ganhou destaque como o material ideal para fabricar sensores de luz UV, em grande parte devido às suas propriedades superiores na emissão, regulação, transmissão e detecção de luz. No entanto, a maioria dos sensores UV baseados em GaN hoje são construídos em camadas rígidas, limitando seu uso em produtos flexíveis e vestíveis.

Embora pesquisadores de outros lugares tenham desenvolvido sensores UV flexíveis baseados em GaN, eles não atingiram o nível de desempenho necessário para uso de última geração. Dois de seus maiores desafios são a baixa responsividade e a baixa sensibilidade. A equipe da NTU superou essas restrições criando sensores de luz UV flexíveis em uma pastilha semicondutora de 8 polegadas de diâmetro, usando camadas monocristalinas independentes de GaN e nitreto de gálio de alumínio (AlGaN), dispostas usando membranas que consistem em duas camadas finas de semicondutores (membranas de heteroestrutura).

Este tipo de estrutura semicondutora, que pode ser fabricada usando métodos compatíveis com a indústria existente, permite que o material seja facilmente dobrado, tornando-o ideal para uso em sensores flexíveis. Ao mesmo tempo, a composição química do material muda com a profundidade, o que significa que o alto desempenho é mantido mesmo sob tensão.

Em testes de laboratório, os sensores de luz UV flexíveis NTU operaram em altos níveis de responsividade e sensibilidade, mesmo sendo submetidos a vários testes de flexão e alta temperatura. Sob uma faixa de tensões externas (compressivas, planas e de tração), os sensores registraram um nível de responsividade entre 529 – 1340 Amperes/Watt (unidade usada para medir a capacidade de um dispositivo de converter um sinal óptico em um sinal elétrico), que é cerca de 100 vezes maior do que os sensores UV existentes. Essa responsividade permaneceu estável após 100 ciclos de flexão repetitiva, demonstrando seu potencial para ser integrado em wearables.

“Os sensores de luz UV flexíveis de alto desempenho que criamos abrem caminho para uma ampla gama de futuras aplicações vestíveis, como no monitoramento de saúde pessoal inteligente, onde as pessoas podem medir com precisão seus níveis de exposição UV ao longo do dia para reduzir o risco de câncer de pele”, disse o professor Kim Munho. O câncer de pele, um dos tipos de câncer mais comuns em todo o mundo, é causado principalmente pela superexposição à radiação UV do sol. Em regiões como a Austrália, que tem a maior taxa de câncer de pele do mundo, estima-se que aproximadamente 2 em cada 3 pessoas serão diagnosticadas com câncer de pele quando atingirem os 70 anos, segundo dados compilados pelo World Fundo de Pesquisa do Câncer.

“O câncer de pele pode ser prevenido protegendo a pele da exposição excessiva ao sol. Portanto, um dispositivo vestível confiável que possa rastrear a exposição aos raios UV pode ser uma ferramenta útil para ajudar a monitorar a exposição recomendada, principalmente para aqueles que passam muito tempo ao ar livre”, disse a equipe de pesquisa.