Od televizorů přes solární články až po špičkovou léčbu rakoviny, kvantové tečky začínají ukazovat svůj jedinečný potenciál v mnoha oblastech, ale jejich výroba ve velkém by vyvolala některé problémy týkající se životního prostředí. Vědci z Hirošimské univerzity nalezli v této oblasti zelenější cestu vpřed tím, že použili vyřazené rýžové slupky k výrobě prvního křemíkového LED světla s kvantovou tečkou na světě.
„Typické kvantové tečky často zahrnují toxický materiál, jako je kadmium, olovo nebo jiné těžké kovy, proto byly při používání nanomateriálů často zvažovány obavy o životní prostředí,“ řekl Ken-ichi Saitow, hlavní autor studie a profesor chemie na japonské Hirošimské univerzitě. „Náš navrhovaný proces a metoda výroby kvantových teček tyto obavy minimalizuje.“
Typ kvantových teček, které prof. Saitow a jeho tým sledují, jsou křemíkové kvantové tečky, které nepoužívají těžké kovy a nabízejí také některé další výhody. Jejich stabilita a vyšší provozní teploty z nich činí jednoho z předních kandidátů pro použití v kvantových výpočtech, zatímco jejich netoxická povaha je také činí vhodnými pro lékařské použití. Výzkum se snažil vyvinout nový typ křemíkové kvantové tečky, která využívá odpadní materiály, což výzkumníky přivedlo ke zhruba 100 milionům tun odpadu z rýžových slupek, které jsou celosvětově každý rok vyprodukovány. Odpadní rýžové slupky jsou vlastně skvělým zdrojem křemíku, který vědci dokázali čerpat díky nové metodě zpracování. Ta zahrnuje mletí rýžových slupek a spalování organických sloučenin, aby byl extrahován práškový oxid křemičitý, který je poté zahříván v peci. Výsledné částice vyčištěného prášku oxidu křemičitého jsou dále zmenšeny a přidány do rozpouštědla, aby se „chemicky zfunkčnil“ jejich povrch. Konečným produktem jsou křemíkové kvantové tečky o velikosti 3 nanometrů, které luminizují v oranžově-červeném rozsahu. Vrstva těchto křemíkových kvantových teček byla poté kombinována s dalšími vrstvami materiálu, včetně skleněného substrátu oxidu india a cínu, který působí jako anoda, a hliníkového filmu, který působí jako katoda, za vzniku LED.
„Jde o první výzkum, který vyvinul LED z odpadních rýžových slupek,“ říká prof. Saitow.
V této chvíli by vědci rádi zlepšili výkon LED světla, aby luminiscovala efektivněji, a vyvinuli verze v jiných barvách než je oranžovo-červená. Představují si také, že technika bude přizpůsobena využití jiného rostlinného odpadu, jako je odpad z pšenice, ječmene a trávy.
Výzkum byl publikován v časopise ACS Sustainable Chemistry & Engineering.