Светодиод из шелухи

Производство современной микро- и наноэлектроники не только дорого, но и вредно для окружающей среды, поэтому ученые постоянно ищут способы преодолеть эти трудности минимально затратными способами. Конечно, выгоднее всего использовать уже существующие технологии, например сельскохозяйственные.

По этому пути пошли японские ученые из университета Хиросимы под руководством профессора химии Саитоу Кен-ичи (Ken-ichi Saitow). Они впервые предложили извлекать кремний и его оксид из распространенного отхода — рисовой шелухи, сто миллионов тонн которой мир производит ежегодно. Новый подход ученых позволил им успешно пройти весь производственный цикл изготовления кремниевых квантовых точек и получить на них работающие светодиоды красного света.

Оксид кремния составляет пятую часть веса рисовой шелухи. Чтобы его извлечь, химики сначала размололи шелуху и выжгли органические соединения. Затем нагревом в электропечи они восстановили порошок SiO₂ до кремния и очистили его. Последующее химическое травление позволило превратить кремний в нанопудру с размером частиц в три нанометра. После этого поверхность частиц химически стабилизировали для повышения устойчивости и надежного диспергирования в органических растворителях.

Полученные таким способом квантовые точки люминесцировали в оранжево-красном свете (680 нм) с эффективностью выше 20% от вложенной энергии их возбуждения. Новая технология позволила выделять из шелухи весь оксид кремния и 86% из него преобразовать в нанокремний. На финальной стадии исследователи стандартными методами изготовили красные светодиоды, в которых рабочим слоем стали квантовые точки.

Профессор Саитоу считает, что новая экологичная технология, не требующая переработки полезных ископаемых, вполне сможет стать массовой во многих странах мира. Более того, он уверен, что ее можно применить и к другим растениям, например к сахарному бамбуку, ячменю, пшенице, даже травам.

Сейчас ученые думают, как с помощью своего метода изготавливать светоизлучающие диоды других цветов. (ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 10, 5, 1765, 2022)