Desde que o silício poroso (Si) foi descoberto, os cientistas exploraram seus usos em aplicações em baterias de íons de lítio, materiais luminescentes, sensores biomédicos e sistemas de entrega de medicamentos.
Não tóxico e encontrado em abundância na natureza, o Si possui propriedades de fotoluminescência, decorrentes de suas estruturas de pontos microscópicas (de tamanho quântico) que servem como semicondutores.
Os pesquisadores embarcaram em encontrar um novo método para fabricar pontos quânticos que tenha um impacto ambiental positivo e procuraram aproveitar a casca de arroz, que é uma boa fonte de sílica de alta pureza.
Seu novo método transforma resíduos agrícolas – 100 milhões de toneladas de resíduos de casca de arroz são produzidos por ano – em diodos emissores de luz de forma econômica e ecologicamente correta.
A equipe de pesquisa do Centro de Ciências Naturais para Pesquisa e Desenvolvimento Básico da Universidade de Hiroshima, publicou suas descobertas na revista científica ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
“Como os QDs típicos geralmente envolvem material tóxico, como cádmio, chumbo ou outros metais pesados, as preocupações ambientais têm sido frequentemente deliberadas ao usar nanomateriais”, disse Ken-ichi Saitow, principal autor e professor de química da Universidade de Hiroshima. “Nosso processo e método de fabricação propostos para QDs minimizam essas preocupações”.
De acordo com a Universidade, a equipe usou uma combinação de moagem, tratamentos térmicos e ataque químico para processar a sílica da casca de arroz.
Primeiro, eles moeram cascas de arroz e extraíram pós de sílica (SiO2) queimando compostos orgânicos de cascas de arroz moídas.
Eles então aqueceram o pó de sílica resultante em um forno elétrico para obter pós de Si por meio de uma reação de redução.
Depois, o produto era um pó de Si purificado que foi reduzido para 3 nm em tamanho por ataque químico.
Finalmente, sua superfície foi quimicamente funcionalizada para alta estabilidade química e alta dispersividade em solvente, com partículas cristalinas de 3 nm para produzir os SiQDs que luminescem na faixa laranja-vermelho com alta eficiência de luminescência de mais de 20%.
Os LEDs foram montados como uma série de camadas de material. Um substrato de vidro de óxido de índio-estanho foi o ânodo de LED; servindo como um bom condutor de eletricidade enquanto suficientemente transparente para a emissão de luz. Camadas adicionais foram revestidas por rotação no vidro ITO, incluindo a camada de SiQDs. O material foi tampado com um cátodo de filme de alumínio.
Os próximos passos da equipe incluem o desenvolvimento de luminescência de maior eficiência nos SiQDs e nos LEDs. Eles também explorarão a possibilidade de produzir LEDs SiQD diferentes da cor vermelho-alaranjada que acabaram de criar.
Os cientistas sugerem que seu método pode ser aplicado a outras plantas, como bambu de cana-de-açúcar, trigo, cevada ou gramíneas, que contêm SiO2.
Fonte da notícia: The Engineer.