Capteurs ultraviolets flexibles à ultra-haute performance à utiliser dans les appareils portables

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, notamment le cancer de la peau et le vieillissement prématuré de la peau. L'intensité des rayons UV est généralement signalée par un indice lors des bulletins météorologiques. Un appareil portable, tel qu'un t-shirt ou une montre qui surveille l'exposition personnelle réelle aux UV tout au long de la journée, constituerait un guide utile et plus précis pour les personnes cherchant à éviter les dommages causés par le soleil.

Les chercheurs du 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 (électronique basée sur la lumière).

Les capteurs de lumière UV, également appelés 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 pris de l'importance en tant que matériau idéal pour fabriquer des capteurs de lumière UV, en grande partie en raison de ses propriétés supérieures d'émission, de régulation, de transmission et de détection de la lumière. Cependant, la plupart des capteurs UV à base de GaN sont aujourd'hui construits sur des couches rigides, ce qui limite leur utilisation dans des produits flexibles et portables.

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

Ce type de structure semi-conductrice, qui peut être fabriquée à l'aide des méthodes existantes compatibles avec l'industrie, permet au matériau d'être facilement plié, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des capteurs flexibles. Dans le même temps, la composition chimique du matériau change avec la profondeur, ce qui signifie que des performances élevées sont maintenues même lorsqu'il est soumis à des contraintes.

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

"Les capteurs de lumière UV flexibles hautes performances que nous avons créés ouvrent la voie à un large éventail d'applications portables futures, telles que la surveillance de la santé personnelle intelligente, où les gens peuvent mesurer avec précision leurs niveaux d'exposition aux 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 rayons UV du soleil. Dans des régions comme l'Australie, qui a le taux de cancer de la peau le plus élevé au monde, on estime qu'environ 2 personnes sur 3 recevront un diagnostic de cancer de la peau lorsqu'elles atteindront l'âge de 70 ans, selon les données compilées par le World Fonds de recherche sur le cancer.

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