El equipo de nano investigación dirigido por los profesores Helge Weman y Bjørn-Ove Fimland en el Departamento de Sistemas Electrónicos de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) ha logrado crear diodos emisores de luz, o LED, de un nanomaterial que emite luz ultravioleta.

Es la primera vez que alguien crea luz ultravioleta en una superficie de grafeno.

"Hemos demostrado que es posible, que es realmente emocionante, "dice la candidata al doctorado Ida Marie Høiaas, quien ha estado trabajando en el proyecto con Ph.D. el candidato Andreas Liudi Mulyo.

"Hemos creado un nuevo componente electrónico que tiene el potencial de convertirse en un producto comercial. No es tóxico y podría resultar más barato, y más estable y duradera que las lámparas fluorescentes actuales. Si logramos que los diodos sean eficientes y mucho más baratos, es fácil imaginar que este equipo se convierta en algo común en los hogares de las personas. Eso aumentaría considerablemente el potencial del mercado, "Dice Høiaas.

Peligroso, pero útil

Aunque es importante protegernos de una exposición excesiva a la radiación ultravioleta del sol, La luz ultravioleta también tiene propiedades muy útiles.

Esto se aplica especialmente a la luz ultravioleta con longitudes de onda cortas de 100-280 nanómetros, llamada luz UVC, que es especialmente útil por su capacidad para destruir bacterias y virus.

Afortunadamente, los peligrosos rayos UVC del sol quedan atrapados por la capa de ozono y el oxígeno y no llegan a la Tierra. Pero es posible crear luz UVC, que se puede utilizar para limpiar superficies y equipos hospitalarios, o para purificar el agua y el aire.

El problema actual es que muchas lámparas UVC contienen mercurio. La Convención de Minamata de la ONU, que entró en vigor en 2017, establece medidas para eliminar gradualmente la extracción de mercurio y reducir el uso de mercurio.

La convención recibió su nombre de un pueblo pesquero japonés donde la población fue envenenada por las emisiones de mercurio de una fábrica en la década de 1950.

Construyendo sobre grafeno

Una capa de grafeno colocada sobre vidrio forma el sustrato del nuevo diodo de los investigadores que genera luz ultravioleta.

El grafeno es un material cristalino superfuerte y ultrafino que consta de una sola capa de átomos de carbono. Los investigadores han logrado cultivar nanocables de nitruro de aluminio y galio (AlGaN) en la red de grafeno.

El proceso tiene lugar en una cámara de vacío de alta temperatura donde los átomos de aluminio y galio se depositan o crecen directamente sobre el sustrato de grafeno, con alta precisión y en presencia de plasma de nitrógeno.

Este proceso se conoce como epitaxia de haz molecular (MBE) y se lleva a cabo en Japón, donde el equipo de investigación de NTNU colabora con el profesor Katsumi Kishino en la Universidad Sophia en Tokio.

Que haya luz

Después de hacer crecer la muestra, se transporta al NTNU NanoLab donde los investigadores hacen contactos metálicos de oro y níquel en el grafeno y los nanocables. Cuando se envía energía desde el grafeno y a través de los nanocables, emiten luz ultravioleta.

El grafeno es transparente para la luz de todas las longitudes de onda, y la luz emitida por los nanocables brilla a través del grafeno y el vidrio.

"Es emocionante poder combinar nanomateriales de esta manera y crear LED que funcionen, dice Høiaas.

Mercado multimillonario

Un análisis ha calculado que el mercado de productos UVC aumentará en NOK 6 mil millones, o aproximadamente 700 millones de dólares de aquí a 2023. Se espera que la creciente demanda de estos productos y la eliminación del mercurio produzcan un aumento anual del mercado de casi el 40%.

Al mismo tiempo que su Ph.D. investigación en NTNU, Høiaas está trabajando con la misma tecnología en una plataforma industrial para CrayoNano. La compañía es una escisión del grupo de investigación nano de NTNU.

Use menos electricidad de forma más barata

Los LED UVC que pueden reemplazar las bombillas fluorescentes ya están en el mercado, pero el objetivo de CrayoNano es crear diodos mucho más económicos y energéticamente eficientes.

Según la empresa, Una de las razones por las que los LED UV actuales son caros es que el sustrato está hecho de nitruro de aluminio caro. El grafeno es más barato de fabricar y requiere menos material para el diodo LED.

Se necesita más desarrollo

Høiaas cree que se necesitan muchas mejoras antes de que el proceso desarrollado en NTNU se pueda escalar al nivel de producción industrial. Las actualizaciones necesarias incluyen conductividad y eficiencia energética, estructuras de nanocables más avanzadas y longitudes de onda más cortas para crear luz UVC.

CrayoNano ha progresado aún más, pero sus resultados aún no se han publicado.

"El objetivo de CrayoNano es comercializar la tecnología en algún momento de 2022, "dice Høiaas.