Capteurs UV flexibles avancés pour protection solaire portable

Surveillance UV personnelle par wearables haute performance

Bien qu'invisibles à l'œil humain, les rayons UV nous entourent dans notre environnement, et une exposition excessive peut causer des problèmes de santé incluant le cancer de la peau et le vieillissement prématuré de la peau. L'intensité des rayons UV est généralement rapportée par un indice lors des bulletins météo. Un dispositif portable, comme un t-shirt ou une montre qui surveille l'exposition UV personnelle réelle tout au long de la journée, serait un guide utile et plus précis pour les personnes cherchant à éviter les dommages du soleil.

Des chercheurs de NTU ont rapporté que leurs capteurs de lumière UV flexibles étaient 25 fois plus réactifs, et 330 fois plus sensibles que les capteurs existants, dépassant le niveau de performance requis pour les applications optoélectroniques — l'électronique basée sur la lumière.

Les capteurs de lumière UV, aussi connus sous le nom de photodétecteurs, sont utilisés dans une large gamme de systèmes, des smartphones à l'imagerie biomédicale. Au cours des dernières décennies, le nitrure de gallium (GaN) a gagné en importance comme matériau idéal pour fabriquer des capteurs de lumière UV, en grande partie grâce à ses propriétés supérieures dans l'émission, la régulation, la transmission et la détection de la lumière. Cependant, la plupart des capteurs UV basés sur GaN aujourd'hui sont construits sur des couches rigides, limitant leur utilisation dans les produits flexibles et portables.

Alors que des chercheurs ailleurs ont développé des capteurs UV flexibles basés sur GaN, ils n'ont pas atteint le niveau de performance requis pour une utilisation de pointe. Deux de leurs plus grands défis sont la faible réactivité et la faible sensibilité. L'équipe NTU a surmonté ces contraintes en créant des capteurs de lumière UV flexibles sur une wafer semi-conducteur de 8 pouces de diamètre, en utilisant des couches monocristallines autonomes de GaN et de nitrure d'aluminium gallium (AlGaN), disposées utilisant des membranes constituées de deux couches minces semi-conductrices différentes (membranes hétérostructures).

Ce type de structure semi-conductrice, qui peut être fabriqué en utilisant des méthodes industrielles compatibles existantes, permet au matériau d'être facilement plié, le rendant idéal pour une utilisation dans des capteurs flexibles. En même temps, la composition chimique du matériau change avec la profondeur, ce qui signifie que la haute performance est maintenue même sous contrainte.

Dans les tests de laboratoire, les capteurs de lumière UV flexibles NTU ont fonctionné à des niveaux élevés de réactivité et de sensibilité même lorsqu'ils étaient soumis à de multiples tests de pliage et de haute température. Sous une gamme de contraintes externes (compressive, plane et tensile), les capteurs ont enregistré un niveau de réactivité entre 529 – 1340 Ampère/Watt (unité utilisée pour mesurer la capacité d'un dispositif à convertir un signal optique en signal électrique), ce qui est environ 100 fois plus élevé que les capteurs UV existants. Cette réactivité est restée stable après 100 cycles de pliage répétitifs, démontrant son potentiel d'intégration dans les wearables.

« Les capteurs de lumière UV flexibles haute performance que nous avons créés ouvrent la voie à une large gamme d'applications portables futures, telles que la surveillance intelligente de la santé personnelle, où les gens peuvent mesurer avec précision leurs niveaux d'exposition UV tout au long de la journée pour réduire leur risque de cancer de la peau », a déclaré le Professeur Kim Munho. Le cancer de la peau, l'un des types de cancer les plus courants dans le monde, est principalement causé par une surexposition aux rayonnements UV du soleil. Dans des régions telles que l'Australie, qui a le taux de cancer de la peau le plus élevé au monde, on estime qu'environ 2 personnes sur 3 seront diagnostiquées avec un cancer de la peau d'ici l'âge de 70 ans, selon les données compilées par le World Cancer Research Fund.

« Le cancer de la peau peut être prévenu en protégeant la peau de l'exposition excessive au soleil. Donc, un dispositif portable fiable qui pourrait suivre l'exposition UV pourrait être un outil pratique pour aider à surveiller l'exposition recommandée, particulièrement pour ceux qui passent beaucoup de temps à l'extérieur », a déclaré l'équipe de recherche.