Các nhà nghiên cứu từ Đại học Hiroshima đã tận dụng vỏ trấu để làm nguyên liệu chế tạo nên đèn LED thân thiện với môi trường.
Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Sustainable Chemistry & Engineering của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (American Chemical Society) vào đầu năm 2022, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Hiroshima (Nhật Bản) đã phát triển ra phương pháp tái chế vỏ trấu để tạo ra đèn LED chấm lượng tử silicon đầu tiên trên thế giới.
Ông Ken-ichi Saitow, Giáo sư Hóa học tại Đại học Hiroshima, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Chấm lượng tử (các tinh thể nano bán dẫn huỳnh quang) điển hình thường chứa vật liệu độc hại như cadmium, chì hoặc các kim loại nặng khác. Do đó, khi sử dụng vật liệu nano, các chuyên gia thường cân nhắc đến những lo ngại về môi trường. Quy trình và phương pháp chế tạo chấm lượng tử (QD) của chúng tôi giúp giảm thiểu những lo ngại này”.
Kể từ khi silicon xốp (Si) được phát hiện vào những năm 1950, nguyên liệu này đã được ứng dụng vào nhiều sản phẩm công nghệ khác nhau từ pin lithium-ion, vật liệu phát quang, cảm biến y sinh cho đến hệ thống vận chuyển thuốc. Không độc hại và có nhiều ngoài tự nhiên, Si có đặc tính phát quang bắt nguồn từ những cấu trúc chấm siêu nhỏ (kích thước lượng tử) đóng vai trò như chất bán dẫn.
Nhận thức được những lo ngại về môi trường xung quanh công nghệ chế tạo chấm lượng tử hiện nay, nhóm nghiên cứu từ Đại học Hiroshima đã tìm kiếm phương pháp mới để chế tạo chấm lượng tử thân thiện với môi trường. Họ phát hiện, trấu thải là một nguồn cung cấp silica (SiO2) độ tinh khiết cao và bột Si tốt.
Nhóm nghiên cứu đã kết hợp xay xát, xử lý nhiệt và khắc hóa học để xử lý silica trấu. Đầu tiên, họ xay xát vỏ trấu và chiết xuất bột silica bằng cách đốt cháy các hợp chất hữu cơ của trấu đã xay. Tiếp theo, họ nung nóng bột silica trong lò điện để thu lấy bột Si thông qua phản ứng khử.
Bột Si tinh khiết sau đó được giảm kích thước xuống còn 3 nanomet bằng phương pháp khắc hóa học. Cuối cùng, bề mặt của nó được xử lý để có độ ổn định hóa học tốt và độ phân tán cao trong dung môi. Các hạt tinh thể 3 nanomet sẽ tạo ra SiQD phát sáng trong dải màu cam-đỏ với hiệu suất phát quang cao (trên 20%).
“Đây là nghiên cứu đầu tiên phát triển đèn LED từ vỏ trấu thải. Phương pháp hiện tại có thể trở thành một cách hay để phát triển đèn LED chấm lượng tử thân thiện với môi trường từ những sản phẩm tự nhiên”, Giáo sư Saitow phát biểu.
Đèn LED được lắp ráp thành một chuỗi các lớp vật liệu. Chất nền thủy tinh oxit indium-thiếc (ITO) là cực anode của đèn LED. Đây là chất dẫn điện tốt, đồng thời đủ trong suốt để truyền ánh sáng. Các lớp bổ sung được phủ lên thủy tinh ITO, bao gồm cả lớp SiQD. Cuối cùng là cực cathode bằng màng nhôm.
Trong thời gian tới, các nhà nghiên cứu của Đại học Hiroshima dự định tìm cách tăng hiệu quả phát quang trong SiQD và đèn LED. Họ cũng sẽ nghiên cứu khả năng sản xuất đèn LED SiQD khác ngoài màu cam-đỏ.
Không chỉ vậy, các chuyên gia còn cho rằng phương pháp mới cũng có thể áp dụng cho các loại nguyên liệu tự nhiên khác, ví dụ như tre, mía, lúa mì, lúa mạch hoặc các loại cỏ chứa SiO2. Những sản phẩm tự nhiên này cùng phần thải bỏ của chúng có tiềm năng chuyển đổi thành thiết bị quang điện tử không độc hại. Cuối cùng, các nhà khoa học muốn thương mại hóa phương pháp thân thiện với môi trường này để sản xuất các thiết bị phát quang từ trấu thải bỏ.
Theo: Tech Xplore
