Đèn LED chấm lượng tử đầu tiên trên thế giới được làm từ trấu

Từ TV, pin mặt trời, đến những phương pháp điều trị ung thư tiên tiến, các chấm lượng tử đang bắt đầu thể hiện tiềm năng độc đáo của chúng trong nhiều lĩnh vực, nhưng việc sản xuất chúng ở quy mô lớn sẽ gây ra một số vấn đề liên quan đến môi trường. Các nhà khoa học tại Đại học Hiroshima của Nhật Bản đã chứng minh một con đường xanh hơn trong lĩnh vực này, bằng cách sử dụng trấu để sản xuất đèn LED chấm lượng tử silicon đầu tiên trên thế giới.

Các nhà khoa học đã khai thác vỏ trấu để tạo ra một chấm lượng tử thân thiện với môi trường

Tác giả nghiên cứu Giáo sưu Ken-ichi Saitow tại Đại học Hiroshima cho biết: “Vì các chấm lượng tử điển hình thường liên quan đến vật liệu độc hại, chẳng hạn như cadmium, chì hoặc các kim loại nặng khác, nên các mối quan tâm về môi trường thường được cân nhắc khi sử dụng vật liệu nano. Chúng tôi đã đề xuất quy trình và phương pháp chế tạo chấm lượng tử để giảm thiểu những lo ngại này".

Loại chấm lượng tử trong nghiên cứu này là chấm lượng tử silicon, loại chấm lượng tử này tránh kim loại nặng và mang lại một số lợi ích khác. Tính ổn định và hoạt động ở nhiệt độ cao hơn khiến chúng trở thành một trong những ứng cử viên hàng đầu để sử dụng trong tính toán lượng tử, đồng thời tính chất không độc hại cũng khiến chúng thích hợp để sử dụng trong các ứng dụng y tế.

Nghiên cứu đã tìm cách phát triển loại chấm lượng tử silicon mới sử dụng các vật liệu phế thải, có khoảng 100 triệu tấn chất thải trấu trên toàn cầu được thải ra mỗi năm.  Những vỏ trấu này thực sự là một nguồn silicon tuyệt vời mà các nhà khoa học có thể thu được nhờ một phương pháp chế biến mới. Được xử lý bằng cách xay xát vỏ trấu và đốt cháy hợp chất hữu cơ để chiết xuất bột silica, sau đó được nung trong lò. Những hạt bột silica tinh khiết thu được sau đó được giảm kích thước hơn nữa và thêm vào dung môi để "chức năng hóa" bề mặt của chúng. Thành phẩm là các chấm lượng tử silicon có kích thước 3 nanomet phát quang trong dải màu đỏ cam. Sau đó, một lớp của các chấm lượng tử silicon này được kết hợp với các lớp vật liệu khác, bao gồm chất nền thủy tinh indi thiếc oxit có vai trò là cực dương và một màng nhôm là cực âm, để tạo thành đèn LED.

Giáo sưu Ken-ichi Saitow cho biết: “Đây là nghiên cứu đầu tiên phát triển đèn LED từ trấu thải. Từ đây, hy vọng sẽ cải thiện hiệu suất của đèn LED để làm cho chúng phát quang hiệu quả hơn và phát triển các phiên bản có màu sắc khác ngoài màu đỏ cam”.

Trong tương lai các nhà khoa học mong muốn kỹ thuật này đang được điều chỉnh để tận dụng các chất thải thực vật khác, chẳng hạn như chất thải từ lúa mì, lúa mạch và cỏ. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Đ.T.V (TH)