La molienda de arroz para separar el grano de la c\u00e1scara produce alrededor de 100 millones de toneladas de desechos de c\u00e1scara de arroz cada a\u00f1o en todo el mundo. Los cient\u00edficos que buscan un m\u00e9todo escalable para fabricar puntos cu\u00e1nticos han desarrollado una forma de reciclar c\u00e1scaras de arroz para crear la primera luz LED de punto cu\u00e1ntico (QD) de silicio. Su nuevo m\u00e9todo transforma los desechos agr\u00edcolas en diodos emisores de luz de \u00faltima generaci\u00f3n de una manera econ\u00f3mica y respetuosa con el medio ambiente.<\/p>\n\n\n\n
El equipo de investigaci\u00f3n del Centro de Ciencias Naturales para la Investigaci\u00f3n y el Desarrollo B\u00e1sicos de la Universidad de Hiroshima public\u00f3 sus hallazgos el 28 de enero de 2022 en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering de la American Chemical Society.<\/p>\n\n\n\n
“Dado que los QD t\u00edpicos a menudo involucran material t\u00f3xico, como cadmio, plomo u otros metales pesados, las preocupaciones ambientales se han deliberado con frecuencia cuando se usan nanomateriales. Nuestro proceso y m\u00e9todo de fabricaci\u00f3n propuestos para los QD minimizan estas preocupaciones”, dijo Ken-ichi Saitow, l\u00edder autor del estudio y profesor de qu\u00edmica en la Universidad de Hiroshima.<\/p>\n\n\n\n
Desde que se descubri\u00f3 el silicio poroso (Si) en la d\u00e9cada de 1950, los cient\u00edficos han explorado sus usos en aplicaciones en bater\u00edas de iones de litio, materiales luminiscentes, sensores biom\u00e9dicos y sistemas de administraci\u00f3n de f\u00e1rmacos. No t\u00f3xico y abundante en la naturaleza, el Si tiene propiedades fotoluminiscentes, derivadas de sus estructuras de puntos microsc\u00f3picos (de tama\u00f1o cu\u00e1ntico) que sirven como semiconductores.<\/p>\n\n\n\n
Conscientes de las preocupaciones ambientales que rodean a los puntos cu\u00e1nticos actuales, los investigadores se propusieron encontrar un nuevo m\u00e9todo para fabricar puntos cu\u00e1nticos que tuviera un impacto ambiental positivo. Resulta que las c\u00e1scaras de arroz de desecho son una excelente fuente de s\u00edlice de alta pureza (SiO2) y polvo de silicio de valor agregado.<\/p>\n\n\n\n
El equipo utiliz\u00f3 una combinaci\u00f3n de molienda, tratamientos t\u00e9rmicos y grabado qu\u00edmico para procesar la s\u00edlice de la c\u00e1scara de arroz: primero, molieron las c\u00e1scaras de arroz y extrajeron polvos de s\u00edlice (SiO2) quemando los compuestos org\u00e1nicos de las c\u00e1scaras de arroz molidas. En segundo lugar, calentaron el polvo de s\u00edlice resultante en un horno el\u00e9ctrico para obtener polvos de Si mediante una reacci\u00f3n de reducci\u00f3n. En tercer lugar, el producto era un polvo de Si purificado que se redujo a\u00fan m\u00e1s a un tama\u00f1o de 3 nan\u00f3metros mediante grabado qu\u00edmico. Finalmente, su superficie se funcionaliz\u00f3 qu\u00edmicamente para lograr una alta estabilidad qu\u00edmica y una alta dispersividad en solvente, con part\u00edculas cristalinas de 3 nm para producir los SiQD que luminiscentes en el rango naranja-rojo con una alta eficiencia de luminiscencia de m\u00e1s del 20%.<\/p>\n\n\n\n
“Esta es la primera investigaci\u00f3n para desarrollar un LED a partir de c\u00e1scaras de arroz de desecho”, dijo Saitow, y agreg\u00f3 que la calidad no t\u00f3xica del silicio lo convierte en una alternativa atractiva a los puntos cu\u00e1nticos semiconductores actuales disponibles en la actualidad.<\/p>\n\n\n\n
“El presente m\u00e9todo se convierte en un m\u00e9todo noble para desarrollar LED de puntos cu\u00e1nticos respetuosos con el medio ambiente a partir de productos naturales”, dijo.<\/p>\n\n\n\n
Los LED se ensamblaron como una serie de capas de material. Un sustrato de vidrio de \u00f3xido de indio y esta\u00f1o (ITO) fue el \u00e1nodo LED, es un buen conductor de la electricidad y suficientemente transparente para la emisi\u00f3n de luz. Se recubrieron por rotaci\u00f3n capas adicionales sobre el vidrio ITO, incluida la capa de SiQD. El material se cubri\u00f3 con un c\u00e1todo de pel\u00edcula de aluminio.<\/p>\n\n\n\n
El m\u00e9todo de s\u00edntesis qu\u00edmica que desarroll\u00f3 el equipo les ha permitido evaluar las propiedades \u00f3pticas y optoel\u00e9ctricas del diodo emisor de luz SiQD, incluidas las estructuras, los rendimientos de s\u00edntesis y las propiedades de los polvos de SiO2 y Si y los SiQD.<\/p>\n\n\n\n
“Al sintetizar SiQD de alto rendimiento a partir de c\u00e1scaras ricas y dispersarlas en solventes org\u00e1nicos, es posible que alg\u00fan d\u00eda estos procesos puedan implementarse a gran escala, como otros procesos qu\u00edmicos de alto rendimiento”, dijo Saitow.<\/p>\n\n\n\n
Los pr\u00f3ximos pasos del equipo incluyen el desarrollo de una luminiscencia de mayor eficiencia en los SiQD y los LED. Tambi\u00e9n explorar\u00e1n la posibilidad de producir LED SiQD distintos del color rojo anaranjado que acaban de crear. De cara al futuro, los cient\u00edficos sugieren que el m\u00e9todo que han desarrollado podr\u00eda aplicarse a otras plantas, como la ca\u00f1a de az\u00facar, el bamb\u00fa, el trigo, la cebada o las gram\u00edneas, que contienen SiO2. Estos productos naturales y sus desechos podr\u00edan tener el potencial de ser transformados en dispositivos optoelectr\u00f3nicos no t\u00f3xicos. En \u00faltima instancia, a los cient\u00edficos les gustar\u00eda ver la comercializaci\u00f3n de este enfoque ecol\u00f3gico para crear dispositivos luminiscentes a partir de desechos de c\u00e1scara de arroz.<\/p>\n\n\n\n
Otros miembros del equipo de investigaci\u00f3n, tambi\u00e9n de la Universidad de Hiroshima, incluyen a Honoka Ueda, Shiho Terada y Taisei Ono.<\/p>\n\n\n\n