От телевизоров до солнечных батарей и передовых методов лечения рака, квантовые точки начинают демонстрировать свой уникальный потенциал во многих областях, но их производство в больших масштабах вызовет некоторые проблемы, связанные с окружающей средой. Ученые из японского Университета Хиросимы продемонстрировали более экологичный путь вперед в этой области, используя выброшенную рисовую шелуху для производства первого в мире светодиода на кремниевых квантовых точках.
«Поскольку в типичных квантовых точках часто используются токсичные материалы, такие как кадмий, свинец или другие тяжелые металлы, при использовании наноматериалов часто обсуждаются экологические проблемы», — сказал Кен-ичи Сайтоу (Ken-ichi Saitow), ведущий автор исследования и профессор химии в Университете Хиросимы. «Предложенный нами процесс и метод изготовления для квантовых точек сводят к минимуму эти опасения».
Тип квантовых точек, которыми занимается Сайтоу и его команда, — это кремниевые квантовые точки, которые позволяют исключить тяжелые металлы и также предлагают некоторые другие преимущества. Их стабильность и более высокие рабочие температуры делают их одними из ведущих кандидатов для использования в квантовых вычислениях, а их нетоксичность также делает их пригодными для использования в медицинских приложениях.
Исследование было направлено на разработку нового типа кремниевой квантовой точки, в которой используются отходы материалов, что привело к рисовой шелухе, которой ежегодно во всем мире образуется примерно 100 миллионов тонн. Эта выброшенная рисовая шелуха на самом деле является отличным источником кремния, который ученые смогли извлечь благодаря новому методу обработки.
Это включает в себя измельчение рисовой шелухи и выжигание органических соединений для извлечения порошка кремнезема, который затем нагревают в печи. Полученные очищенные частицы порошка диоксида кремния затем дополнительно уменьшали в размере и добавляли к растворителю для «химической функционализации» их поверхности. Готовый продукт представлял собой кремниевые квантовые точки размером 3 нанометра, люминесцирующие в оранжево-красном диапазоне.
Затем слой этих кремниевых квантовых точек был объединен со слоями других материалов, включая стеклянную подложку из оксида индия-олова, которая служила анодом, и алюминиевую пленку, действующую как катод, для формирования светодиода.
«Это первое исследование по разработке светодиода из отходов рисовой шелухи», — сказал Сайтоу.
Отсюда, ученые надеются улучшить характеристики светодиодов, чтобы они люминесцировали более эффективно, и разработать версии в других цветах, отличных от оранжево-красного. Они также предполагают, что метод будет адаптирован для использования других растительных отходов, например от пшеницы, ячменя и травы.
Исследование было опубликовано в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Источник: Hiroshima University.
