دانشمندان از دورريز پوسته يا سبوس برنج استفاده کرده‌اند تا يک LED نقطه کوانتومي دوستدار محيط زيست توليد کنند.
به گزارش
هفت چشمه به نقل از نيو اطلس، نقاط کوانتومي، از تلويزيون‌ها و سلول‌هاي خورشيدي گرفته تا درمان‌هاي پيشرفته سرطان، پتانسيل منحصربه‌فرد خود را در بسياري از زمينه‌ها نشان مي‌دهند، اما توليد آن‌ها در مقياس انبوه با برخي از مسائل مربوط به محيط‌زيست مرتبط است.
اکنون دانشمندان دانشگاه "هيروشيما" در ژاپن با استفاده از پوسته برنج دور ريخته شده براي توليد اولين نور ال‌اي‌دي نقطه کوانتومي سيليکوني جهان، مسير سبزتري را در اين زمينه نشان داده‌اند.
نقاط کوانتومي (QDs) نيمه هادي‌هاي کوچک و با اندازه زير ۱۰ نانومتر هستند و داراي خواص الکترونيکي هستند که به دليل مکانيک کوانتومي با ذرات بزرگتر تفاوت دارند. آن‌ها موضوعي اصلي براي فناوري نانو هستند. هنگامي که نقاط کوانتومي توسط نور فرابنفش روشن مي‌شوند، يک الکترون در نقطه کوانتومي مي‌تواند در حالت انرژي بالاتر برانگيخته شود. در مورد نقطه کوانتومي، اين فرآيند مربوط به انتقال يک الکترون از باند ظرفيت به باند رسانش است. الکترون برانگيخته مي‌تواند به نوار ظرفيت بازگردد و انرژي خود را با انتشار نور آزاد کند که رنگ آن نور به اختلاف انرژي بين باند رسانش و باند ظرفيت بستگي دارد.
به زبان علم مواد، مواد نيمه هادي نانو مقياس محکم يا الکترون‌ها يا سوراخ‌هاي الکتروني را محکم بسته‌اند. نقاط کوانتومي بعضي اوقات به اتم‌هاي غير مصنوعي گفته مي‌شود و بر تکين بودن آن ها، داشتن حالت‌هاي الکترونيکي محدود، مانند مواد اتمي يا مولکول‌هاي طبيعي تاکيد مي‌شود. نشان داده شده است که موج الکترونيکي توابع کوانتومي را با اتم‌هاي واقعي شباهت مي‌دهد. با اتصال دو يا چند نقطه کوانتومي، مي‌توان يک مولکول مصنوعي ساخت.
نقاط کوانتومي داراي خواص واسطه‌اي بين نيمه هادي‌هاي فله و اتم‌ها يا مولکول‌هاي گسسته هستند. ويژگي‌هاي انتخابي آن‌ها به عنوان تابعي از اندازه و شکل تغيير مي‌کند. نقاط کوانتومي بزرگتر با قطر پنج تا شش نانومتر از طول موج‌هاي طولاني‌تر با رنگ‌هايي مانند نارنجي يا قرمز ساطع مي‌کنند. نقاط کوانتومي کوچک‌تر از طول موج کوتاه‌تر ساطع مي‌شوند و رنگ‌هايي مانند آبي و سبز به همراه مي‌آورند. با اين حال، رنگ‌هاي خاص بسته به ترکيب دقيق نقاط کوانتومي متفاوت است.
کاربرد‌هاي بالقوه نقاط کوانتومي شامل ترانزيستور‌هاي تک الکتروني، سلول‌هاي خورشيدي، ال‌اي‌دي، ليزرها، منابع تک فوتوني، نسل دوم هارمونيک، محاسبات کوانتومي و تصويربرداري پزشکي است. اندازه کوچک آن‌ها اجازه مي‌دهد تا برخي نقاط کوانتومي در محلول به حالت تعليق درآيند که ممکن است منجر به استفاده در چاپ جوهر افشان و پوشش اسپين شود.
"کن-ايچي سايتو" نويسنده اصلي اين مطالعه و استاد شيمي در دانشگاه "هيروشيما" مي‌گويد: از آن جايي که نقاط کوانتومي معمولي اغلب حاوي مواد سمي مانند کادميوم، سرب يا ساير فلزات سنگين هستند، نگراني‌هاي زيست‌محيطي اغلب هنگام استفاده از نانومواد مورد بررسي مي‌گيرند. در حالي که فرآيند پيشنهادي ما و روش ساخت نقاط کوانتومي اين نگراني‌ها را به حداقل مي‌رساند.
نوع نقاط کوانتومي که "سايتو" و تيمش دنبال مي‌کنند، نقاط کوانتومي سيليکوني هستند که از فلزات سنگين دوري مي‌کنند و مزاياي ديگري نيز دارند. پايداري و دماي عملياتي بالاتر، آن‌ها را به يکي از نامزد‌هاي پيشرو براي استفاده در محاسبات کوانتومي تبديل مي‌کند، در حالي که ماهيت غير سمي، آن‌ها را براي استفاده در کاربرد‌هاي پزشکي مناسب مي‌کند.
اين پوسته‌هاي برنج در واقع يک منبع عالي از سيليکون هستند که دانشمندان توانستند به لطف يک روش پردازش جديد از آن بهره ببرند. روش آن‌ها شامل آسياب کردن پوسته برنج و سوزاندن ترکيبات آلي براي استخراج پودر سيليس است که سپس در يک کوره گرم مي‌شود. سپس ذرات پودر سيليس خالص شده کوچک‌تر مي‌شوند و به حلال اضافه مي‌شوند تا سطح آن‌ها از نظر شيميايي فعال شود. محصول نهايي، نقاط کوانتومي سيليکوني به اندازه سه نانومتر است که در محدوده نارنجي-قرمز درخشندگي دارند.
سپس لايه‌اي از اين نقاط کوانتومي سيليکوني با لايه‌هاي مواد ديگر از جمله يک زيرلايه شيشه‌اي حاوي "اينديم-قلع-اکسيد" به عنوان آند و يک لايه آلومينيومي براي عمل به عنوان کاتد و تشکيل يک LED ترکيب شد.
آن‌ها همچنين تصور مي‌کنند که اين تکنيک براي استفاده از ساير ضايعات گياهي مانند گندم، جو و علوفه قابل اقتباس باشد.
اين مطالعه در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده است.