Đèn LED đầu tiên trên thế giới làm từ vỏ trấu

Giúp NTDVN sửa lỗi

Không ngờ vỏ trấu từ hạt gạo lại được các nhà khoa học phát triển một phương pháp tái chế để tạo ra chiếc đèn LED chưa từng có từ trước tới nay. Nó được tạo ra như thế nào và có gì đặc biệt?

Các nhà khoa học đến từ Đại học Hiroshima đã tận dụng vỏ trấu thải bỏ để phát triển đèn LED phát sáng màu đỏ cam thân thiện với môi trường.

Phương pháp mới biến chất thải nông nghiệp thành các điốt phát quang hiện đại với chi phí thấp.

Mỗi năm trên toàn cầu có khoảng 100 triệu tấn vỏ trấu thải trong quá trình xay xát gạo để tách lấy hạt. Các nhà khoa học phát triển một phương pháp tái chế vỏ trấu để tạo ra đèn LED chấm lượng tử silicon đầu tiên trên thế giới, Techxplore hôm 11/4 đưa tin.

Mỗi năm trên toàn cầu có khoảng 100 triệu tấn vỏ trấu thải trong quá trình xay xát gạo để tách lấy hạt.
Mỗi năm trên toàn cầu có khoảng 100 triệu tấn vỏ trấu thải trong quá trình xay xát gạo để tách lấy hạt. (Ảnh minh họa: Pixabay)

Phương pháp tái chế vỏ trấu để tạo ra đèn LED

Chấm lượng tử (các tinh thể nano bán dẫn huỳnh quang - QD) 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. Nhận thức được những lo ngại về môi trường xung quanh QD hiện nay, nhóm nghiên cứu tìm kiếm phương pháp mới để chế tạo QD thân thiện với môi trường.

Từ khi silicon (Si) xốp được phát hiện vào những năm 1950, giới khoa học đã tìm ra công dụng của nó trong pin lithium-ion, vật liệu phát quang, cảm biến y sinh và hệ thống vận chuyển thuốc. Không độc và dồi dào 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. Họ phát hiện, trấu thải là một nguồn cung cấp silica (SiO2) độ tinh khiết cao và bột Si tốt.

"Quy trình và phương pháp chế tạo chấm lượng tử (QD) của chúng tôi giúp giảm thiểu những lo ngại này", Ken-ichi Saitow, thành viên nhóm nghiên cứu, giáo sư hóa học tại Đại học Hiroshima, cho biết.

Các nhà khoa học 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 đỏ - cam 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", Saitow nói.

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.

Phương pháp mới cũng có thể áp dụng cho loại cây khác

Trong thời gian tới, nhóm chuyên gia 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 đỏ - cam.

Các khoa học gia cho rằng phương pháp mới cũng có thể áp dụng cho loại cây khác trong tương lai, ví dụ 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.

Nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học Tự nhiên về Nghiên cứu Cơ bản và Phát triển thuộc Đại học Hiroshima (Nhật Bản), công bố phát hiện mới trên tạp chí Sustainable Chemistry and Engineering của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS).

Ngọc Mai

Bạn bình luận gì về tin này?

Khoa học Công nghệ


BÀI CHỌN LỌC

Đèn LED đầu tiên trên thế giới làm từ vỏ trấu