Nhóm nghiên cứu tại Đại học Hiroshima tạo ra đèn LED đầu tiên trên thế giới bằng cách sử dụng trấu và các thành phần hóa học. Ảnh: ACS Sustainable Chemistry & Engineering

Quá trình xay xát gạo để tách lấy hạt tạo ra khoảng 100 triệu tấn vỏ trấu thải trên toàn cầu mỗi năm. 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. Phương pháp mới biến chất thải nông nghiệp thành các điốt phát quang hiện đại với chi phí thấp, thân thiện với môi trường.

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).

“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”, Ken-ichi Saitow, thành viên nhóm nghiên cứu, giáo sư hóa học tại Đại học Hiroshima, cho biết.

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.

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. Họ phát hiện, trấu thải là một nguồn cung cấp silica (SiO2) độ tinh khiết cao và bột Si tốt.

Nhóm nghiên cứu 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.

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.

Nhóm chuyên 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, nhóm 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.