Японские ученые разработали способ переработки рисовой шелухи для создания первого светодиода на основе кремниевых квантовых точек. Новый метод превращает сельскохозяйственные отходы в современные светодиоды недорогим и экологически безопасным способом, сообщает Университет Хиросимы.

Результаты опубликованы в журнале Американского химического общества ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

«Поскольку типичные квантовые точки часто включают в себя токсичные материалы, такие как кадмий, свинец или другие тяжелые металлы, при использовании наноматериалов часто приходилось учитывать последствия для экологии. Предлагаемый нами процесс и метод изготовления квантовых точек сводят к минимуму эти опасения», – сказал Кен-ичи Сайтоу, ведущий автор исследования и профессор химии в Университете Хиросимы.

Команда решила использовать рисовую шелуху, которая является отличным источником высокочистого кремнезема (SiO₂) и порошка кремния. Ежегодно во всем мире образуется около 100 миллионов тонн отходов рисовой шелухи.

Исследователи сначала измельчили рисовую шелуху и извлекли порошок кремнезема (SiO₂), а затем нагревали его в электрической печи, чтобы получить порошки кремния посредством реакции восстановления. Полученный продукт представлял собой очищенный порошок кремния, размер которого дополнительно уменьшили до трех нанометров с помощью химического травления. Наконец, ученые получили кремниевые квантовые точки (SiQD), которые люминесцируют в оранжево-красном диапазоне с высокой эффективностью люминесценции более 20%.

Светодиоды были собраны из нескольких слоев материала. Подложка из оксида индия-олова (ITO) была анодом светодиода; это хороший проводник электричества, но при этом достаточно прозрачный для излучения света. На стекло ITO методом центрифугирования наносились дополнительные слои, в том числе слой SiQD. Материал был покрыт катодом из алюминиевой пленки.

Метод химического синтеза, разработанный учеными, позволил им оценить оптические и оптоэлектрические свойства светоизлучающего диода на основе кремниевых квантовых точек.