Передовые гибкие УФ-датчики для носимой солнцезащиты

Хотя невидимые для человеческого глаза, УФ-лучи окружают нас в нашей среде, и чрезмерное воздействие может вызывать проблемы со здоровьем, включая рак кожи и преждевременное старение кожи. Интенсивность УФ-лучей обычно сообщается через индекс во время прогнозов погоды. Носимое устройство, такое как футболка или часы, которое мониторит фактическое личное УФ-воздействие в течение дня, было бы полезным и более точным руководством для людей, стремящихся избежать солнечного ущерба.

Исследователи NTU сообщили, что их гибкие УФ-датчики света были в 25 раз более отзывчивы и в 330 раз более чувствительны, чем существующие датчики, превышая уровень производительности, требуемый для оптоэлектронных приложений — световой электроники.

УФ-датчики света, также известные как фото-детекторы, используются в широком спектре систем, от смартфонов до биомедицинской визуализации. За последние десятилетия нитрид галлия (GaN) приобрел известность как идеальный материал для изготовления УФ-датчиков света, в основном из-за его превосходных свойств в испускании, регулировании, передаче и сенсировании света. Однако большинство современных GaN-базированных УФ-датчиков построены на жестких подложках, ограничивая их использование в гибких и носимых продуктах.

В то время как исследователи в других местах разработали гибкие GaN-базированные УФ-датчики, они не достигли уровня производительности, требуемого для передовых применений. Две их главные проблемы — низкая отзывчивость и низкая чувствительность. Команда NTU преодолела эти ограничения, создав гибкие УФ-датчики света на полупроводниковой подложке 8 дюймов в диаметре, используя свободно стоящие однослойные кристаллические слои GaN и нитрида алюминий-галлия (AlGaN), расположенные с использованием мембран, состоящих из двух разных тонких полупроводниковых слоев (гетероструктурные мембраны).

Этот тип полупроводниковой структуры, который может быть изготовлен с использованием существующих промышленно-совместимых методов, позволяет материалу легко гнуться, делая его идеальным для использования в гибких датчиках. В то же время химический состав материала меняется с глубиной, означая, что высокая производительность сохраняется даже под напряжением.

В лабораторных тестах гибкие УФ-датчики света NTU работали на высоких уровнях отзывчивости и чувствительности даже при подвержении множественному изгибу и тестам высоких температур. Под диапазоном внешних нагрузок (компрессионных, плоских и тензионных) датчики записали уровень отзывчивости между 529–1340 Ампер/Ватт (единица для измерения способности устройства конвертировать оптический сигнал в электрический), что примерно в 100 раз выше существующих УФ-датчиков. Эта отзывчивость оставалась стабильной после 100 циклов повторяющегося изгиба, демонстрируя свой потенциал для интеграции в носимые устройства.

"Высокопроизводительные гибкие УФ-датчики света, которые мы создали, прокладывают путь вперед для широкого спектра будущих носимых приложений, таких как в личном умном мониторинге здоровья, где люди могут точно измерять свои уровни УФ-воздействия в течение дня, чтобы снизить свой риск рака кожи", — сказал профессор Ким Мунхо. Рак кожи, один из самых распространенных типов рака глобально, в основном вызван чрезмерным воздействием УФ-излучения от солнца. В регионах, таких как Австралия, которая имеет самый высокий уровень рака кожи в мире, оценивается, что примерно 2 из 3 людей будут диагностированы с раком кожи к тому времени, когда они достигнут возраста 70 лет, согласно данным, собранным Всемирным фондом исследования рака.

"Рак кожи можно предотвратить, защищая кожу от чрезмерного солнечного воздействия. Так что надежное носимое устройство, которое может отслеживать УФ-воздействие, может быть удобным инструментом для помощи в мониторинге рекомендуемого воздействия, особенно для тех, кто проводит много времени на открытом воздухе", — сказала исследовательская команда.