Исследовательская группа из Университета Хиросимы (Япония) разработала и экспериментально опробовала метод химического синтеза экологически чистых светодиодов с квантовыми точками (QD) из отходов в виде рисовой шелухи. Об этом сообщает Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

При обработке риса для отделения зерна от шелухи ежегодно во всем мире образуется около 100 миллионов тонн отходов. Ученые, занимающиеся поиском масштабируемого метода изготовления квантовых точек, разработали способ переработки рисовой шелухи для создания первого светодиода на основе кремниевых квантовых точек (SiQD).

Новый метод, созданный исследовательской группой из Центра естественных наук фундаментальных исследований и разработок Университета Хиросимы (Япония), превращает сельскохозяйственные отходы в современные светодиоды недорогим и экологически безопасным способом.

«Поскольку типичные QD часто включают в себя токсичные материалы, такие как кадмий, свинец или другие тяжелые металлы, при использовании наноматериалов часто требовалось учесть потенциальные экологические проблемы. Предлагаемый нами процесс и метод изготовления квантовых точек сводят к минимуму эти опасения», – сказал Кен-ичи Сайтоу, ведущий автор исследования и профессор химии в Университете Хиросимы.

С тех пор как в 1950-х годах был открыт пористый кремний, ученые нашли ему применение в литий-ионных батареях, люминесцентных материалах, биомедицинских датчиках и других сферах. Нетоксичный и широко распространенный в природе кремний обладает фотолюминесцентными свойствами, обусловленными его микроскопическими (квантовыми) точечными структурами, которые служат полупроводниками.

Зная об экологических проблемах, связанных с нынешними квантовыми точками, исследователи решили найти новый метод изготовления квантовых точек, который оказывает положительное воздействие на окружающую среду. Отходы рисовой шелухи, как оказалось, являются отличным источником кремнезема высокой чистоты (SiO2) и порошка кремния.

Команда исследователей разработала комбинацию процессов обработки рисовой шелухи: сначала они измельчили ее и извлекли порошок кремнезема путем сжигания побочных органических соединений, затем нагрели полученный порошок кремнезема в электрической печи, чтобы получить очищенный порошок кремния посредством реакции восстановления. Размер кристаллов в порошке дополнительно уменьшается до 3 нанометров путем химического травления. Наконец, проводится химическая обработка в растворителе с использованием кристаллических частиц размером 3 нм для получения готовых основ SiQD, которые люминесцируют в оранжево-красном диапазоне с высокой насыщенностью – более 20%.

Светодиоды были собраны в виде серии слоев материала. Подложка из оксида индия-олова (ITO) является анодом светодиода: это хороший проводник электричества, но при этом достаточно прозрачный для излучения света. На стекло ITO методом центрифугирования наносились дополнительные слои, в том числе слой SiQD. Материал покрывался катодом из алюминиевой пленки.

«Синтезируя SiQD из богатой кремнием рисовой шелухи и диспергируя их в органических растворителях, вполне возможно рассчитывать, что эти процессы получится реализовать в больших масштабах и с высоким выходом конечного продукта», – сказал Сайтоу.

Следующие шаги команды включают разработку более эффективной люминесценции в SiQD и светодиодах. Они также изучат возможность производства светодиодов SiQD, отличных от оранжево-красного спектра, которые они только что создали.

Забегая вперед, ученые предполагают, что разработанный ими метод может быть применен к другим растениям, таким как сахарный тростник, бамбук, пшеница, ячмень или травы, которые также содержат SiO2. Эти натуральные продукты и их отходы могут быть преобразованы в нетоксичные оптоэлектронные устройства. В конечном счете, ученые хотели бы увидеть коммерциализацию экологически чистого пути создания люминесцентных устройств.

Вам может понравиться

Electrek: Беспилотный грузовой корабль прошёл 500 миль в океане под управлением ИИ

«Первое в мире» автономное коммерческое грузовое судно успешно совершило почти 500-мильный рейс в перегруженных водах Токийского залива, проплыв 99% пути вдоль берегов Японии без вмешательства человека. Об этом сообщает интернет-издание

Объятия партнёра снижают стресс у женщин

Стрессоустойчивость у женщин перед каким-либо важным событием повышается, если до этого они обнимали своего партнёра. К такому выводу пришли немецкие учёные, проведя соответствующие тесты. Испытуемых разделили на две группы. В

Новая технология извлекает питьевую воду из воздуха 24 часа в сутки и без затрат энергии

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали технологию, которая впервые позволяет в круглосуточном режиме собирать питьевую воду из атмосферы, независимо от погоды и без затрат какой-либо энергии.
Погода в России: