Un personnel, un appareil portable émettant une lumière ultraviolette de haute intensité pour désinfecter les zones en tuant le nouveau coronavirus est désormais possible, selon des chercheurs de Penn State, l'Université du Minnesota et deux universités japonaises.

Il existe deux méthodes couramment utilisées pour assainir et désinfecter les zones des bactéries et des virus :les produits chimiques ou l'exposition aux rayons ultraviolets. Le rayonnement UV est de l'ordre de 200 à 300 nanomètres et connu pour détruire le virus, rendant le virus incapable de se reproduire et d'infecter. L'adoption généralisée de cette approche UV efficace est très demandée pendant la pandémie actuelle, mais elle nécessite des sources de rayonnement UV qui émettent des doses suffisamment élevées de lumière UV. Alors que des dispositifs avec ces doses élevées existent actuellement, la source de rayonnement UV est typiquement une lampe à décharge gazeuse contenant du mercure onéreuse, qui nécessite une puissance élevée, a une durée de vie relativement courte, et est encombrant.

La solution est de développer des performances élevées, diodes électroluminescentes UV, qui serait beaucoup plus portable, durable, économe en énergie et respectueux de l'environnement. Tant que ces LED existent, leur appliquer un courant pour l'émission de lumière est compliqué par le fait que le matériau d'électrode doit également être transparent à la lumière UV.

"Il faut assurer une dose de lumière UV suffisante pour tuer tous les virus, " dit Roman Engel-Herbert, Penn State professeur agrégé de science des matériaux, Physique et chimie. "Cela signifie que vous avez besoin d'une LED UV haute performance émettant une forte intensité de lumière UV, qui est actuellement limité par le matériau d'électrode transparent utilisé."

Tout en trouvant des matériaux d'électrode transparents fonctionnant dans le spectre visible pour les écrans, les smartphones et l'éclairage LED est un problème de longue date, le défi est encore plus difficile pour la lumière ultraviolette.

"Il n'y a actuellement pas de bonne solution pour une électrode transparente aux UV, " dit Joseph Roth, doctorant en science et ingénierie des matériaux à Penn State. "À l'heure actuelle, la solution matérielle actuelle couramment utilisée pour l'application de la lumière visible est utilisée bien qu'elle soit trop absorbante dans la gamme UV. Il n'y a tout simplement pas de bon choix de matériau pour un matériau conducteur transparent aux UV qui a été identifié."

Trouver un nouveau matériau avec la bonne composition est essentiel pour améliorer les performances des LED UV. L'équipe de Penn State, en collaboration avec des théoriciens des matériaux de l'Université du Minnesota, reconnu très tôt que la solution au problème pourrait être trouvée dans une nouvelle classe récemment découverte de conducteurs transparents. Lorsque les prédictions théoriques pointaient vers le matériau niobate de strontium, les chercheurs ont contacté leurs collaborateurs japonais pour obtenir des films de niobate de strontium et ont immédiatement testé leurs performances en tant que conducteurs transparents aux UV. Alors que ces films tenaient la promesse des prédictions théoriques, les chercheurs avaient besoin d'une méthode de dépôt pour intégrer ces films de manière évolutive.

"Nous avons immédiatement essayé de faire croître ces films en utilisant la technique standard de croissance de film largement adoptée dans l'industrie, appelé pulvérisation cathodique, " Roth a déclaré. "Nous avons réussi."

Il s'agit d'une étape critique vers la maturation technologique qui permet d'intégrer ce nouveau matériau dans les LED UV à faible coût et en grande quantité. Et Engel-Herbert et Roth pensent tous deux que cela est nécessaire pendant cette crise.

"Alors que notre première motivation dans le développement de conducteurs transparents aux UV était de construire une solution économique pour la désinfection de l'eau, nous réalisons maintenant que cette découverte révolutionnaire offre potentiellement une solution pour désactiver le COVID-19 dans les aérosols qui pourraient être distribués dans les systèmes CVC des bâtiments, " explique Roth. D'autres domaines d'application de la désinfection virale sont les zones densément et fréquemment peuplées, comme les théâtres, les arènes sportives et les véhicules de transport en commun tels que les bus, métros et avions.