왕겨로 만든 LED 조명
날짜:
2022년 4월 12일
원천:
히로시마 대학
요약:
쌀을 도정하여 껍질에서 곡물을 분리하면 전 세계적으로 매년 약 1억 톤의 왕겨 폐기물이 발생합니다. 양자점을 제조하기 위한 확장 가능한 방법을 찾고 있는 과학자들은 왕겨를 재활용하여 최초의 실리콘 양자점 LED 조명을 만드는 방법을 개발했습니다. 그들의 새로운 방법은 농업 폐기물을 저렴하고 환경 친화적인 방식으로 최첨단 발광 다이오드로 변환합니다.
쌀을 도정하여 껍질에서 곡물을 분리하면 전 세계적으로 매년 약 1억 톤의 왕겨 폐기물이 발생합니다. 양자점을 제조하는 확장 가능한 방법을 찾고 있는 과학자들이 왕겨를 재활용하여 최초의 실리콘 양자점(QD) LED 조명을 만드는 방법을 개발했습니다. 그들의 새로운 방법은 농업 폐기물을 저렴하고 환경 친화적인 방식으로 최첨단 발광 다이오드로 변환합니다.
히로시마 대학 자연과학 기초 연구 개발 센터 연구팀은 2022년 1월 28일 미국 화학 학회 저널 ACS 지속 가능한 화학 및 공학 에 연구 결과를 발표했습니다 .
"일반적인 양자점은 카드뮴, 납 또는 기타 중금속과 같은 독성 물질을 포함하는 경우가 많기 때문에 나노 물질을 사용할 때 환경 문제가 자주 고려되었습니다. 양자점을 위해 제안된 공정 및 제조 방법은 이러한 문제를 최소화합니다." 연구 저자이자 히로시마 대학의 화학 교수.
다공성 실리콘(Si)이 1950년대에 발견된 이후 과학자들은 리튬 이온 배터리, 발광 물질, 생체의학 센서 및 약물 전달 시스템의 응용 분야에서 실리콘의 용도를 탐구했습니다. 무독성이며 자연에서 풍부하게 발견되는 Si는 반도체 역할을 하는 미세한(양자 크기) 도트 구조에서 비롯된 광발광 특성을 가지고 있습니다.
현재 양자점을 둘러싼 환경적 문제를 인식하고, 연구원들은 환경에 긍정적인 영향을 미치는 새로운 양자점 제조 방법을 찾기 시작했습니다. 버려지는 왕겨는 고순도 실리카(SiO 2 )와 부가가치가 높은 Si 분말의 훌륭한 공급원이라는 것이 밝혀졌습니다.
연구팀은 왕겨 실리카를 가공하기 위해 밀링, 열처리 및 화학적 에칭의 조합을 사용했습니다. 먼저 왕겨를 밀링하고 밀링된 왕겨 의 유기 화합물을 연소시켜 실리카(SiO 2 ) 분말을 추출했습니다. 둘째, 생성된 실리카 분말을 전기로에서 가열하여 환원 반응을 통해 Si 분말을 얻었다. 셋째, 제품은 화학적 에칭에 의해 3나노미터 크기로 더욱 감소된 정제된 Si 분말이었다. 마지막으로 표면은 20% 이상의 높은 발광 효율로 주황색-적색 범위에서 발광하는 SiQD를 생성하기 위해 3nm 결정질 입자로 높은 화학적 안정성과 용매에서의 높은 분산성을 위해 화학적으로 기능화되었습니다.
Saitow는 "이것은 폐 왕겨에서 LED를 개발한 첫 번째 연구입니다."라고 Saitow는 말했습니다. 또한 실리콘의 무독성 품질로 인해 현재 사용 가능한 현재 반도체 양자점에 대한 매력적인 대안이 될 수 있다고 덧붙였습니다.
그는 "현재의 방법은 천연물로부터 친환경적인 양자점 LED를 개발하는 고귀한 방법이 된다"고 말했다.
LED는 일련의 재료 층으로 조립되었습니다. 인듐 주석 산화물(ITO) 유리 기판은 LED 양극이었습니다. 그것은 빛 방출을 위해 충분히 투명하면서 전기의 좋은 전도체입니다. 추가 레이어는 SiQD 레이어를 포함하여 ITO 유리에 스핀 코팅되었습니다. 재료는 알루미늄 필름 캐소드로 덮였습니다.
연구팀이 개발한 화학적 합성 방법을 통해 SiO 2 및 Si 분말 및 SiQD 의 구조, 합성 수율 및 특성을 포함하여 SiQD 발광 다이오드의 광학 및 광전기적 특성을 평가할 수 있었습니다.
Saitow는 "풍부한 껍질에서 고수율 SiQD를 합성하고 유기 용매에 분산시킴으로써 언젠가 이러한 공정이 다른 고수율 화학 공정과 마찬가지로 대규모로 구현될 수 있을 것"이라고 말했습니다.
팀의 다음 단계에는 SiQD 및 LED에서 더 높은 효율의 발광을 개발하는 것이 포함됩니다. 그들은 또한 그들이 방금 만든 주황색-빨간색 이외의 SiQD LED를 생산할 가능성을 탐구할 것입니다. 앞으로 과학자들은 그들이 개발한 방법이 SiO 2 를 포함하는 사탕수수 대나무, 밀, 보리 또는 풀과 같은 다른 식물에 적용될 수 있다고 제안합니다 . 이러한 천연 제품과 그 폐기물은 무독성 광전자 장치로 변형될 가능성이 있습니다. 궁극적으로 과학자들은 왕겨 폐기물에서 발광 장치를 만드는 이 친환경적인 접근 방식의 상업화를 보고 싶어합니다.
히로시마 대학의 다른 연구팀 구성원으로는 Honoka Ueda, Shiho Terada 및 Taisei Ono가 있습니다.
이 연구는 일본 과학 진흥 학회(JSPS)의 차세대 세계 최고 연구원, JSPS의 과학 연구 보조금, 일본 과학 기술청의 PRESTO 구조 제어 및 기능 프로그램, 그리고 일본 경림 자동차 경주 재단(JKA).