Японские ученые из Университета Хиросимы разработали светодиоды на основе кремниевых квантовых точек, полученных из рисовой шелухи. В будущем результаты исследования помогут сделать получение квантовых точек экологичнее. Исследование опубликовано в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Обычно квантовые точки состоят из токсичных материалов: часто их получают из кадмия, свинца или других тяжелых металлов. Использование таких наноструктур может быть опасно для окружающей среды. Альтернативой тяжелым металлам может стать кремний. Он активно используется учеными еще с 50-х годов для создания литий-ионных батарей, люминесцентных материалов, полупроводников, биомедицинских сенсоров и систем для доставки лекарств.
Ученые обнаружили, что рисовая шелуха является источником оксида кремния (SiO2) и кремниевого (Si) порошка. Для получения этих материалов нужно было специально обработать шелуху. Сначала ученые измельчали шелуху, а органические соединения в ней сжигали, получая SiO2. Затем порошок оксида нагревали в электрической печи, чтобы в ходе реакции восстановления получить непосредственно кремний. После ученые добивались уменьшения размера кремниевых частиц до 3 нм методом травления. Наконец, для повышения химической стабильности и высокой дисперсности частиц их поверхность функционализировали (модифицировали) различными группами. Благодаря этому получились кристаллические кремниевые квантовые точки (ККТ), которые люминесцируют в красно-оранжевой области спектра с довольно высоким выходом — более 20%.
Из таких ККТ ученые собрали светодиод, который представлял собой последовательность из нескольких слоев. Анод был изготовлен оксида индия-олова, который хорошо проводит электричество и достаточно прозрачен, чтобы излучать свет. На поверхность анода ученые нанесли несколько слоев разных материалов, в том числе ККТ. Наконец, в качестве катода использовали алюминиевую пленку. Ученые сумели определить оптические и оптоэлектрические свойства полученного диода.
В дальнейшем исследователи планируют повысить выход люминесценции ККТ и светодиодов на их основе. Кроме того, они собираются получить ККТ, которые могут быть источником излучения разных цветов. Использованный метод получения ККТ может быть применен для обработки не только рисовой шелухи, но и сахарного тростника, пшеницы, ячменя или травянистых растений, которые содержат SiO2. Из отходов этих растений тоже можно получить оптоэлектронные девайсы.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
