LEDs de pontos quânticos são fabricados com cascas de arroz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/04/2022

Todo o processo é feito usando materiais ambientalmente amigáveis, derivados da casca de arroz, e usando solventes orgânicos.
[Imagem: Shiho Terada et al. - 10.1021/acssuschemeng.1c04985]

QLEDs de casca de arroz

Pesquisadores japoneses construíram um dos tipos mais avançados de LED - um LED de pontos quânticos, ou QLED - usando apenas materiais obtidos a partir das cascas de arroz e compostos químicos orgânicos.

"Como os pontos quânticos típicos geralmente envolvem material tóxico, como cádmio, chumbo ou outros metais pesados, as preocupações ambientais têm sido frequentemente ponderadas ao usar esses nanomateriais. Nosso processo e método de fabricação para pontos quânticos minimizam essas preocupações," disse Ken-ichi Saitow, da Universidade de Hiroshima.

Calcula-se que a pilagem de arroz, o processo para separar o grão das cascas, produza cerca de 100 milhões de toneladas de resíduos de casca de arroz em todo o mundo a cada ano.

O que Saitow descobriu é que essas cascas de arroz são uma excelente fonte de dióxido de silício de alta pureza (SiO₂), mais conhecido como sílica, e de pó de silício de alto valor agregado. Ele então usou essa matéria-prima nobre para produzir silício poroso, um material com usos em baterias de íons de lítio, materiais luminescentes, sensores biomédicos e até sistemas de entrega de medicamentos dentro do corpo humano.

Uma de suas muitas qualidades é que o silício poroso tem propriedades de fotoluminescência, decorrentes de suas estruturas de pontos microscópicos que funcionam como semicondutores, os tais pontos quânticos, responsáveis pela luz emitida pelos LEDs nas TVs mais modernas e por várias outras tecnologias na área da fotônica e da computação quântica.

Processo de obtenção dos LEDs de pontos quânticos ambientalmente amigáveis.
[Imagem: Shiho Terada et al. - 10.1021/acssuschemeng.1c04985]

Pontos quânticos ecologicamente corretos

A equipe usou uma combinação de moagem, tratamentos térmicos e gravação química para processar a sílica da casca de arroz.

Primeiro, eles moeram as cascas de arroz e extraíram pó de sílica (SiO₂) queimando os compostos orgânicos das cascas de arroz moídas. Em segundo lugar, eles aqueceram o pó de sílica resultante em um forno elétrico para obter pó de silício por meio de uma reação de redução. Terceiro, o pó de silício purificado foi reduzido a partículas de 3 nanômetros de diâmetro por ataque químico.

Finalmente, a superfície das partículas foi quimicamente funcionalizada para alcançar uma alta estabilidade química e alta dispersividade em solvente, com as partículas cristalinas de 3 nm ficando então prontas para funcionar como fontes luminescentes na faixa laranja-vermelho, com uma alta eficiência de luminescência, superior a 20%.

Os LEDs foram montados como uma série de camadas: Um substrato de vidro de óxido de índio-estanho (ITO) foi usado como ânodo do LED por ser um bom condutor de eletricidade e suficientemente transparente para a emissão de luz. Camadas adicionais foram aplicadas no vidro ITO, terminando com a camada de pontos quânticos de silício. Finalmente, um cátodo de filme de alumínio foi usado para recobrir a placa de LEDs.

"O presente método torna-se um método nobre para o desenvolvimento de LEDs de pontos quânticos ecologicamente corretos a partir de produtos naturais. Ao sintetizar pontos quânticos de silício de alto rendimento a partir de cascas de arroz e dispersá-los em solventes orgânicos, é possível que um dia esses processos possam ser implementados em larga escala, como outros processos químicos de alto rendimento," disse Saitow.

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