Prva svjetska LED svjetla razvijena od rižinih ljuski
Mljevenje riže radi odvajanja zrna od ljuski proizvodi oko 100 milijuna tona otpada rižine ljuske na globalnoj razini svake godine. Znanstvenici koji traže skalabilnu metodu za proizvodnju kvantnih točaka razvili su način za recikliranje rižinih ljuski kako bi stvorili prvu silicijsku LED svjetiljku za kvantne točke (QD). Njihova nova metoda pretvara poljoprivredni otpad u najsuvremenije svjetleće diode na jeftin i ekološki prihvatljiv način.
"Budući da tipični QD često uključuje otrovne materijale, kao što su kadmij, olovo ili drugi teški metali, pri korištenju nanomaterijala često se razmatraju pitanja okoliša. Naš predloženi proces i metoda izrade za QD minimizira ove zabrinutosti", rekao je Ken-ichi Saitow, glavni autor studije i profesor kemije na Sveučilištu Hiroshima.
Otkako je porozni silicij (Si) otkriven 1950-ih, znanstvenici su istraživali njegovu upotrebu u primjenama u litij-ionskim baterijama, luminiscentnim materijalima, biomedicinskim senzorima i sustavima za isporuku lijekova. Netoksičan i u izobilju u prirodi, Si ima svojstva fotoluminiscencije, koja proizlaze iz njegovih mikroskopskih (kvantnih) struktura točaka koje služe kao poluvodiči.
Svjesni ekoloških zabrinutosti oko trenutnih kvantnih točaka, istraživači su krenuli u pronalaženje nove metode za izradu kvantnih točaka koja ima pozitivan utjecaj na okoliš. Otpadne rižine ljuske, pokazalo se, izvrstan su izvor silicija visoke čistoće (SiO2) i Si praha s dodanom vrijednošću.
Prvo su mljeli rižine ljuske i ekstrahirali prah silicijevog dioksida (SiO2) spaljivanjem organskih spojeva mljevenih rižinih ljuski. Zatim su zagrijali dobiveni prah silicijevog dioksida u električnoj peći kako bi dobili Si prah redukcijskom reakcijom. Treće, proizvod je bio pročišćeni Si prah koji je dodatno smanjen na 3 nanometra veličine kemijskim jetkanjem. Konačno, njegova je površina kemijski funkcionalizirana za visoku kemijsku stabilnost i visoku disperzivnost u otapalu, s kristalnim česticama od 3 nm kako bi se proizveli SiQD koji luminesciraju u narančasto-crvenom rasponu s visokom učinkovitosti luminescencije od preko 20%.
"Ovo je prvo istraživanje koje je razvilo LED od otpadnih rižinih ljuski", rekao je Saitow, dodajući da ih netoksična kvaliteta silicija čini privlačnom alternativom trenutnim poluvodičkim kvantnim točkama dostupnima danas. "Sadašnja metoda postaje plemenita metoda za razvoj ekološki prihvatljivih LED dioda s kvantnim točkama iz prirodnih proizvoda", rekao je.
LED diode su sastavljene kao niz slojeva materijala. Staklena podloga od indij-kosit-oksida (ITO) bila je LED anoda; dobar je provodnik struje, a dovoljno proziran za emisiju svjetlosti. Dodatni slojevi su centrifugirani na ITO staklo, uključujući sloj SiQD-a. Materijal je bio pokriven aluminijskom filmskom katodom.
Metoda kemijske sinteze koju je tim razvio omogućila im je procjenu optičkih i optoelektričnih svojstava SiQD dioda koje emitiraju svjetlost, uključujući strukture, prinose sinteze i svojstva SiO2 i Si prahova i SiQD-ova.
"Sintetiziranjem SiQD-a visokog prinosa iz bogatih ljuski i njihovim dispergiranjem u organskim otapalima, moguće je da bi se jednog dana ovi procesi mogli implementirati u velikim razmjerima, poput drugih kemijskih procesa visokog prinosa", rekao je Saitow.
Sljedeći koraci tima uključuju razvoj luminiscencije veće učinkovitosti u SiQD i LED diodama. Također će istražiti mogućnost proizvodnje SiQD LED-a osim narančasto-crvene boje koju su upravo stvorili. Gledajući unaprijed, znanstvenici sugeriraju da bi se metoda koju su razvili mogla primijeniti na druge biljke, kao što su bambus šećerne trske, pšenica, ječam ili trava, koje sadrže SiO2. Ti prirodni proizvodi i njihov otpad mogli bi imati potencijal pretvorbe u netoksične optoelektroničke uređaje.
Izvor: EurekAlert!