Sensores UV Flexíveis Avançados para Proteção Solar Vestível

Embora invisíveis ao olho humano, raios UV nos cercam em nosso ambiente, e exposição excessiva pode causar problemas de saúde incluindo câncer de pele e envelhecimento precoce da pele. A intensidade dos raios UV é tipicamente reportada através de um índice durante relatórios meteorológicos. Um dispositivo vestível, como uma camiseta ou relógio que monitora a exposição UV pessoal real ao longo do dia, seria um guia útil e mais preciso para pessoas buscando evitar danos solares.

Pesquisadores da NTU relataram que seus sensores de luz UV flexíveis foram 25 vezes mais responsivos, e 330 vezes mais sensíveis que sensores existentes, excedendo o nível de performance requerido para aplicações optoeletrônicas — eletrônicos baseados em luz.

Sensores de luz UV, também conhecidos como fotodetectores, são usados em uma ampla gama de sistemas, de smartphones a imagem biomédica. Nas últimas décadas, nitreto de gálio (GaN) ganhou destaque como material ideal para fabricar sensores de luz UV, largamente devido às suas propriedades superiores em emitir, regular, transmitir e sensoriar 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.

Enquanto pesquisadores em outros lugares desenvolveram sensores UV flexíveis baseados em GaN, eles não atingiram o nível de performance requerido para uso de ponta. Dois de seus maiores desafios são baixa responsividade e baixa sensibilidade. A equipe da NTU superou estas restrições criando sensores de luz UV flexíveis em uma wafer semicondutora de 8 polegadas de diâmetro, usando camadas mono-cristalinas livres de GaN e nitreto de alumínio e gálio (AlGaN), arranjadas usando membranas que consistem de duas camadas finas semicondutoras diferentes (membranas heteroestruturais).

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, significando que alta performance é mantida mesmo quando submetido a tensão.

Em testes de laboratório, os sensores de luz UV flexíveis da NTU operaram em altos níveis de responsividade e sensibilidade mesmo enquanto submetidos a múltiplos testes de dobragem e alta temperatura. Sob uma gama de tensões externas (compressiva, plana e de tração), os sensores registraram nível de responsividade entre 529 – 1340 Ampere/Watt (unidade usada para medir a capacidade de um dispositivo converter sinal óptico em sinal elétrico), que é cerca de 100 vezes maior que sensores UV existentes. Esta responsividade permaneceu estável após 100 ciclos de dobragem repetitiva, demonstrando seu potencial para ser integrado em vestíveis.

"Os sensores de luz UV flexíveis de alto desempenho que criamos pavimentam o caminho para uma ampla gama de futuras aplicações vestíveis, como em monitoramento inteligente de saúde pessoal, onde pessoas podem medir precisamente seus níveis de exposição UV ao longo do dia para reduzir seu risco de câncer de pele", disse Professor Kim Munho. Câncer de pele, um dos tipos mais comuns de câncer globalmente, é primariamente causado por superexposição a radiação UV do sol. Em regiões como Austrália, que tem a maior taxa de câncer de pele no mundo, estima-se que aproximadamente 2 em 3 pessoas serão diagnosticadas com câncer de pele até os 70 anos, segundo dados compilados pelo World Cancer Research Fund.

"Câncer de pele pode ser prevenido protegendo a pele de exposição solar excessiva. Então, um dispositivo vestível confiável que pudesse rastrear exposição UV poderia ser uma ferramenta útil para ajudar a monitorar a exposição recomendada, particularmente para aqueles que passam muito tempo ao ar livre", disse a equipe de pesquisa.