01.12.2020
PL EN
27.04.2020 aktualizacja 27.04.2020

Promieniowanie UVC przydatne w szybkiej dezynfekcji; fizycy pracują nad jego źródłami

Fot. Fotolia Fot. Fotolia

Emitujące promieniowanie UVC diody elektroluminescencyjne i lasery półprzewodnikowe mogą przydać się do szybkiej dezynfekcji, bo UVC skutecznie i tanio zwalcza wirusy i bakterie. W dobie pandemii Covid-19 potencjalne źródła światła UVC intensywnie bada wiele zespołów. Takie prace prowadzą również naukowcy PAN.

Odkryty w XIX wieku rodzaj "niewidzialnego" światła, którego energia jest większa od energii światła widzialnego, ale znacznie mniejsza niż energia promieni gamma czy Roentgena, został nazwany promieniowaniem ultrafioletowym, w skrócie UV.

O promieniowaniu UV, obecnym w świetle słonecznym, słyszymy najczęściej w kontekście negatywnym - w związku z ostrzeżeniami przed nadmiernym opalaniem się, czy też w związku z "dziurą ozonową" w atmosferze. "Nie wszyscy jednak wiedzą, że promieniowanie UV i jego wydajne źródła są nam niezmiernie potrzebne. Korzysta z nich przemysł, infrastruktura komunalna, służba zdrowia i nauka. Bez nowoczesnych źródeł UV nie byłoby możliwe konstruowanie współczesnych procesorów i pamięci komputerowych, synteza nowoczesnych tworzyw sztucznych, bezpieczne i tanie uzdatnianie wody pitnej, bezpieczna i nieniszcząca dezynfekcja pomieszczeń i wyposażenia placówek służby zdrowia, czy też łatwa weryfikacja banknotów" - czytamy w komunikacie przesłanym przez Instytut Fizyki PAN.

Tradycyjnie zakres energii promieniowania UV, określany jest kolejnymi literami alfabetu, zależnie od tego, na ile energia tego promieniowania jest większa od energii promieniowania widzialnego - wyjaśniają eksperci IF PAN. UVA, to promieniowanie "zbliżone" do światła dziennego, obecne w świetle słonecznym, a także w świetle lamp kwarcowych. Bardziej energetyczne UVB, które już może stanowić zagrożenie dla zdrowia, występuje również w świetle słonecznym czego konsekwencje odczuwa się głównie w górach, a także na plażach w okresach "dziury ozonowej". Na szczęście dla przyrody, najwyżej energetyczne promienie UVC, niszczące wszelkie formy życia biologicznego, są pochłaniane przez atmosferę. Jednak ten właśnie rodzaj promieniowania znajduje wiele zastosowań, zarówno w przemyśle, jak i w służbie zdrowia.

W konkretnych zastosowaniach wykorzystywane są obecnie różnego rodzaju sztuczne źródła światła UV - swoiste "żarówki". Są to półprzewodnikowe diody elektroluminescencyjne (LED), różnego rodzaju lampy kwarcowe, rtęciowe itp. oraz lasery i synchrotrony. Diody LED UV są już powszechnie stosowane, między innymi do odkażania pomieszczeń, a na portalach internetowych można nawet znaleźć "ultrafioletowe odkażacze smartfonów".

"Jednak problemem, którego nie udało się do tej pory rozwiązać w sposób zadowalający, jest stworzenie tanich i wydajnych źródeł światła UVC, które jest najdogodniejsze do skutecznej i szybkiej dezynfekcji. Do tej pory nie uzyskano diod LED na ten najbardziej energetyczny zakres promieniowania UV, a tradycyjne lampy UV są drogie, nietrwałe, duże i niewygodne w eksploatacji. Przyczyną tego stanu rzeczy są własności fizyczne półprzewodników, z których aktualnie konstruuje się diody LED UV, a które ograniczają możliwości ich zastosowań jedynie do wytwarzania źródeł UVA, a co najwyżej UVB" - informuje IF PAN.

Od dawna trwają poszukiwania nowych materiałów, które umożliwiłyby zbudowanie półprzewodnikowych źródeł UVC, ale dopiero ostatnio pojawiła się nadzieja, że poszukiwania te mogą zostać zwieńczone powodzeniem.

Zespół naukowców z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk i Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, prowadzący badania nad nową klasą materiałów półprzewodnikowych wykazał, że emitery światła bazujące na tlenkach magnezowo-cynkowych o strukturze soli kamiennej mogą emitować światło w zakresie dalekiego ultrafioletu.

Omawiane materiały są przedmiotem zainteresowania naukowców już od szeregu lat, jednak wysiłek grup badawczych skoncentrowany był do tej pory na tlenkach krystalizujących w strukturze heksagonalnej. Nowością są badania wymienionych tlenków w postaci kryształów o innej symetrii, czyli o innym rodzaju ułożenia atomów w krysztale, znanym jako struktura soli kamiennej.

Jak podkreśla w prasowym komunikacie współautor prac, profesor Henryk Teisseyre, badania są jeszcze na początkowym etapie, ale już dziś można stwierdzić, że prowadzą do ciekawych zastosowań, a nowa klasa materiałów półprzewodnikowych może się okazać „czarnym koniem” w międzynarodowym wyścigu do uzyskania źródeł światła pracujących w zakresie światła ultrafioletowego o wysokich energiach emisji. Emitujące UVC diody elektroluminescencyjne i lasery półprzewodnikowe mogą znacznie skutecznej i taniej niż obecnie używane źródła, zwalczać wirusy i bakterie, co w sytuacji obecnej pandemii skłania do intensywnych badań wiele grup badawczych jak również koncentruje zainteresowania przemysłu.

Badania polskich naukowców przebiegają dwutorowo: w Instytucie Fizyki we współpracy z francuskim Institut Néel w Grenoble wykonywane są materiały, przeprowadzana jest ich charakteryzacja i badane widma emisji, a w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN prowadzone są zaawansowane obliczenia teoretyczne weryfikujące wyniki eksperymentalne. "Materiały, nad którymi pracują polscy naukowcy posiadają dodatkową ważną zaletę – są znacznie tańsze od półprzewodników azotkowych, które do tej pory były brane pod uwagę jako materiały do budowy emiterów na zakres dalekiego UV" - czytamy w prasowym komunikacie.

Wyniki prac polskiej grupy zostały przyjęte do publikacji, która wkrótce ukaże się w czasopiśmie Physical Review B, a w ubiegłym roku były prezentowane na konferencji Photonic West w Stanach Zjednoczonych.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ agt/

Copyright © Fundacja PAP 2020