Te diody LED, powstają z łusek tej rośliny. Przełom w zielonej technologii

Ryż stanowi podstawę wyżywienia połowy populacji świata. Każdego roku produkuje się ponad 480 mln ton tego zboża. Ale jak każda produkcja, także uprawa ryżu wiąże się z powstawaniem odpadów. Podczas obróbki ziarna, oddziela się nasionka od twardych łusek stanowiących ich ochronną powłokę. W toku tej obróbki powstaje ponad 100 mln ton odpadów. 

Dziś ryżowe łuski stosowane są do stosunkowo prostych zastosowań. Stanowią nawóz, paliwo, po obróbce mogą być wykorzystywane jako materiał izolacyjny czy domieszka do materiałów budowlanych. Teraz jednak mogą znaleźć zastosowanie w budowie urządzeń elektronicznych, na przykład nowoczesnych telewizorów. 

Zespół badawczy z Centrum Nauk Przyrodniczych dla Uniwersytetu w Hiroszimie opublikował w czasopiśmie ACS Sustainable Chemistry & Engineering wyniki badań pokazujących, że ryżowe łuski mogą służyć do produkcji krzemowych kropek kwantowych (QD) stanowiących podstawę diod LED. Ich metoda pozwala przekształcać odpady rolnicze w najnowocześniejsze diody w tani i przyjazny dla środowiska sposób.

"Ponieważ typowe QD często zawierają materiały toksyczne, takie jak kadm, ołów lub inne metale ciężkie, ich zastosowanie budziło obawy związane z ochroną środowiska. Zaproponowany przez nas proces minimalizuje te obawy" mówi prof. Ken-ichi Saitow, chemik z Uniwersytetu w Hiroszimie. 

Odkąd w latach 50. odkryto porowaty krzem (Si), naukowcy badali jego zastosowania w akumulatorach litowo-jonowych, materiałach luminescencyjnych, czujnikach biomedycznych i systemach dostarczania leków. Nietoksyczny i występujący obficie w przyrodzie Si ma właściwości fotoluminescencyjne, wynikające z jego mikroskopijnych struktur, które działają jak półprzewodniki.

Naukowcy postanowili znaleźć nową metodę wytwarzania kropek kwantowych, która ma pozytywny wpływ na środowisko. Okazuje się, że odpadowe łuski ryżowe są doskonałym źródłem wysokiej czystości krzemionki (SiO2) i wartościowego proszku Si.

Zespół wykorzystał kombinację mielenia, obróbki cieplnej i trawienia chemicznego, aby wydobyć krzemionkę z łusek ryżu: Najpierw zmielono łuski ryżu i wyekstrahowano z nich sproszkowaną krzemionkę. Następnie proszek ogrzano w piecu elektrycznym, aby uzyskać z niej proszek Si, który następnie został poddany trawieniu chemicznemu. Po dalszej obróbce chemicznej, naukowcy wyprodukowali z niego krzemowe kropki kwantowe świecące pomarańczowo-czerwonym światłem z wydajnością przekraczającą 20 proc. 

"To pierwsze badanie, w którym opracowano diodę LED z łusek ryżu" mówi Saitow, dodając, że nietoksyczny krzem jest atrakcyjną alternatywą dla dostępnych obecnie półprzewodnikowych kropek kwantowych. “Proces ten może być w wydajny sposób wdrożony na dużą skalę". 

Teraz zespół będzie pracował nad zwiększeniem wydajności diod i opracowaniem kropek ich wersji świecących w innych kolorach. Co ważne, opracowana w Japonii metoda może posłużyć do produkcji diod z innych roślin, takich jak bambus, trzcina cukrowa, pszenica czy jęczmień. Odpady z produkcji tych roślin będą mogły zostać przekształcone w nietoksyczne urządzenia elektroniczne.