Ultravioleta

Robots y máquinas extrañas han estado utilizando una banda particular de luz ultravioleta para esterilizar superficies que podrían estar contaminadas con coronavirus. Aquellos que deben descontaminar grandes espacios, como habitaciones de hospitales o cabinas de aviones, utilizan grandes lámparas de mercurio que consumen mucha energía para producir luz ultravioleta-C. Empresas de todo el mundo están trabajando para mejorar las capacidades de los LED de producción UV-C, para ofrecer una alternativa más compacta y eficiente. A principios de este mes, Viosys de Seúl mostró lo que dice es la primera esterilización del 99,9 por ciento del SARS-COV-2, el coronavirus que causa el COVID-19, utilizando LED ultravioleta.

Los LED UV son mortales para virus y bacterias, porque la banda C de longitud de onda de 100 a 280 nanómetros destruye el material genético. Desafortunadamente, el nitrógeno del aire también lo absorbe fuertemente, por lo que las fuentes deben ser potentes para que surta efecto a distancia. (El aire es una barrera tan fuerte que los rayos UV-C del sol no llegan a la superficie de la Tierra). Trabajando con investigadores de la Universidad de Corea, en Seúl, la compañía demostró que sus módulos LED Violed podían eliminar el 99,9 por ciento del SARS-COV. -2 virus utilizando una dosis de 30 segundos desde una distancia de tres centímetros.

Desafortunadamente, la compañía no reveló cuántos de sus LED se utilizaron para lograrlo. Suponiendo que él y los investigadores de la universidad utilizaran un único módulo LED integrado Violed CMD-FSC-CO1A, una dosis de 30 segundos habría entregado como máximo 600 milijulios de energía. Esto está algo en línea con las expectativas. Un estudio sobre la capacidad de la UVC para matar los virus de la influenza A en máscaras respiratorias N95 indicó que aproximadamente 1 julio por centímetro cuadrado sería suficiente.

Si bien la distancia de 3 centímetros puede funcionar en espacios reducidos, como un filtro de aire o un purificador de agua (productos para los que ya sirven los LED UV), no funcionará para los robots esterilizadores de habitaciones de hospital. El esterilizador de cabina de avión GermFalcon, por ejemplo, necesita bañar la cabina de un avión con una luz lo suficientemente fuerte como para matar el virus en segundos desde una distancia de unos 30 centímetros, dijo su inventor, el Dr. Arthur Kreitenberg, a IEEE Spectrum el mes pasado. Los LED UV-C actuales no pueden producir suficiente luz para el trabajo, afirmó. Pero con las lámparas de mercurio del GermFalcon, que miden la producción en vatios, esa potencia tiene un gran coste en energía y volumen. El paquete de baterías de hierro-fosfato del sistema tiene que entregar 100 amperios para producir la energía UV necesaria.

Las ventajas potenciales de los LED UV-C sobre las lámparas de mercurio incluyen la falta de mercurio tóxico, mayor robustez, vida útil más larga, arranque más rápido y emisión en una diversidad de longitudes de onda, lo que puede ayudar en su función germicida. Pero es su potencial de eficiencia lo que podría ser más importante.

Por el momento, las lámparas de mercurio tienen una mejor eficiencia de conexión a la pared (entrada de energía eléctrica versus salida de energía óptica) que los LED UV-C que se encuentran actualmente en el mercado. La eficiencia del enchufe de pared de los LED UV-C actuales es de sólo el 2,8 por ciento, con sistemas de eficiencia del 3,3 por ciento en la fase de I+D, según Jae-hak Jeong, investigador técnico y vicepresidente de Seoul Semiconductor, la empresa matriz de Seoul Viosys. Las lámparas de mercurio cuentan con entre un 15 y un 35 por ciento.

No se espera que la ventaja de la lámpara de mercurio dure, porque los investigadores esperan que los LED UV-C sigan un camino de mejora de eficiencia similar al de los LED azules de iluminación de estado sólido. Sin embargo, a los dispositivos UV-C les queda un largo camino por recorrer. Los LED azules suelen tener una eficiencia cuántica interna (la fracción de electrones inyectados en una parte específica del LED que da como resultado la generación de fotones) de alrededor del 90 por ciento. Para UV-C es del 30 al 40 por ciento, dice Jeong. En el caso de la eficiencia cuántica externa (la relación entre fotones emitidos y electrones que pasan a través del LED), la comparación es aún peor. Alrededor del 70 por ciento para los LED azules frente al 10-16 por ciento para los dispositivos UV-C.

Según Jeong, para aumentar estas cifras será necesario mejorar tanto el proceso de fabricación como la epitaxia, el crecimiento del cristal semiconductor sobre el que se fabrican los LED. Estos LED generalmente se construyen usando epitaxia para hacer crecer una capa de nitruro de aluminio cristalino sobre una oblea de zafiro. Los defectos en el cristal son el principal limitante del rendimiento de los LED, por lo que mejorar el proceso de epitaxia es un camino hacia LED más brillantes.