Wissenschaftler haben eine neue Fern-UV-LED entwickelt, die Bakterien und Viren abtöten kann, ohne für den Menschen schädlich zu sein.

Eine leistungsstarke LED kann Oberflächen effektiv desinfizieren und bleibt gleichzeitig für Menschen sicher. Physiker des japanischen Instituts für Physik und Chemie (RIKEN) entwickelten eine effiziente LED, die für Mikroorganismen und Viren tödlich ist, aber für Menschen sicher. Eines Tages könnte sie Ländern helfen, aus dem Schatten der Pandemien hervorzugehen, indem sie Krankheitserreger in mit Menschen gefüllten Räumen abtötet.

Die meisten LEDs emittieren sichtbares Licht, aber Physiker des RIKEN-Instituts haben eine LED entwickelt, die in einem schmalen Bereich fernen Ultravioletts emittiert, der für Menschen sicher, aber für Viren und Bakterien tödlich ist.

UV-Sterilisationslampen sind äußerst wirksam gegen Bakterien und Viren. Tatsächlich werden sie häufig in Krankenhäusern eingesetzt, um Oberflächen und medizinische Instrumente zu desinfizieren. Diese Art von Lampe kann mit LEDs gebaut werden, was sie energieeffizient macht. Allerdings schädigt das von diesen LEDs erzeugte UV-Licht innerhalb eines bestimmten Bereichs die DNA und kann daher nicht in der Nähe von Menschen verwendet werden. Forscher suchen nach der Entwicklung effizienter LEDs, die in einem schmalen Fern-Ultraviolett-Bereich emittieren und scheinbar sowohl gute Desinfektion als auch menschliche Sicherheit bieten.

LED-Sterilisationslampen, die ohne Menschen betrieben werden, bestehen typischerweise aus Aluminium, Gallium und Stickstoff. Durch Erhöhen der enthaltenen Aluminiummenge können diese LEDs so modifiziert werden, dass sie in für Menschen sicheren Wellenlängenbereichen arbeiten. Diese Methode wurde bereits früher angewendet, führte jedoch zu einem erheblichen Leistungsabfall.

为了解决这个问题，理化学研究所量子光学装置实验室的三位物理学家Masafumi Jo（定昌史）、Yuri Itokazu（糸数雄吏）和Hideki Hirayama（平山秀樹）创造了一种设计更复杂的LED。他们将多层铝夹在一起，每层铝的比例略有不同。此外，在一些层中，他们还添加了微量的硅或镁。

Dies schafft effektiv ein Hindernis für Elektronen, behindert ihre Bewegung durch das Material und hält sie länger in bestimmten Bereichen gefangen. Dies führt zu einer erhöhten Lichtemission des Geräts und einer reduzierten Lichtabsorption.

Das Team verwendete Computersimulationen, um alle möglichen Effekte zu modellieren, um das ideale Design zu bestimmen. Die präzise Kontrolle der Dicke jeder Schicht war die größte experimentelle Herausforderung. Sie erhielten schließlich eine LED, die im fernen Ultraviolett-Bereich arbeitet, mit einer Ausgangsleistung, die fast zehnmal höher ist als ihr vorheriger Bestwert.

Die COVID-19-Pandemie hat ein neues Bewusstsein für die Bedeutung der Fähigkeit geschaffen, Viren und Mikroben auf Oberflächen zu beseitigen. "Dingchang Shi sagte: "Wir glauben, dass unsere Entdeckungen und Technologien sehr nützlich sein werden, um die Gesellschaft vor dieser und zukünftigen Pandemien zu schützen."

Er fügte hinzu, dass das dreiköpfige Team bestrebt sein wird, die Leistung ihrer LED weiter zu verbessern, ein Produkt, das hinsichtlich Ausgangsleistung und Energieeffizienz noch erheblichen Verbesserungsbedarf hat.

Quelle: cnBeta