Các nhà khoa học từ Đại học Hiroshima đã tạo ra ánh sáng LED đầu tiên trên thế giới bằng cách sử dụng vỏ trấu. Ảnh: AACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Mỗi năm, việc xay xát gạo để tách hạt ra khỏi vỏ trấu tạo ra khoảng 100 triệu tấn chất thải trấu trên toàn cầu. Nhằm tận dụng lượng vỏ trấu, nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học Tự nhiên về Nghiên cứu Cơ bản và Phát triển thuộc Đại học Hiroshima (Nhật Bản) mới đây đã công bố phát hiện mới trên tạp chí Sustainable Chemistry and Engineering của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS).

Cụ thể, các nhà khoa học đang phát triển phương pháp tái chế vỏ trấu để tạo ra đèn LED chấm lượng tử silicon (QD) đầu tiên trên thế giới. Phương pháp mới này biến chất thải nông nghiệp thành đèn LED hiện đại với chi phí thấp, thân thiện với môi trường.

Theo ông Ken-ichi Saitow, thành viên nhóm nghiên cứu, giáo sư hóa học tại Đại học Hiroshima: Chấm lượng tử (các tinh thể nano bán dẫn huỳnh quang) điển hình thường chứa vật liệu độc hại như cadmium, chì hoặc các kim loại nặng khác. Vì vậy, khi sử dụng vật liệu nano, các chuyên gia thường cân nhắc đến những lo ngại về môi trường.

“Quy trình và phương pháp chế tạo chấm lượng tử (QD) của chúng tôi giúp giảm thiểu những lo ngại này”, ông Ken-ichi Saitow thông tin.

Kể từ khi silicon xốp (Si) được phát hiện vào những năm 1950, giới khoa học đã tìm ra công dụng của nó trong pin lithium-ion, vật liệu phát quang, cảm biến y sinh và hệ thống vận chuyển thuốc. Không độc và dồi dào ngoài tự nhiên, Si có đặc tính phát quang bắt nguồn từ những cấu trúc chấm siêu nhỏ (kích thước lượng tử) đóng vai trò như chất bán dẫn.

Nhận thức được lo ngại về môi trường xung quanh QD hiện nay, nhóm nghiên cứu tìm kiếm phương pháp mới để chế tạo QD thân thiện với môi trường. Họ phát hiện, trấu thải là một nguồn cung cấp silica (SiO2) độ tinh khiết cao và bột Si tốt.

Theo đó, nhóm nghiên cứu kết hợp xay xát, xử lý nhiệt và khắc hóa học để xử lý silica trấu. Trước tiên, họ xay xát vỏ trấu và chiết xuất bột silica bằng cách đốt cháy các hợp chất hữu cơ của trấu đã xay. Tiếp theo, họ nung nóng bột silica trong lò điện để thu lấy bột Si thông qua phản ứng khử.

Bột Si tinh khiết sau đó được giảm kích thước xuống còn 3 nanomet bằng phương pháp khắc hóa học. Cuối cùng, bề mặt của nó được xử lý để có độ ổn định hóa học tốt và độ phân tán cao trong dung môi. Các hạt tinh thể 3 nanomet sẽ tạo ra SiQD phát sáng trong dải màu đỏ - cam với hiệu suất phát quang cao trên 20%.

"Đây là nghiên cứu đầu tiên phát triển đèn LED từ vỏ trấu thải. Phương pháp này có thể trở thành giải pháp hay để phát triển đèn LED chấm lượng tử thân thiện với môi trường”, ông Ken-ichi Saitow nói.

Hiện, các nhà khoa học đang muốn thương mại hóa sản phẩm thân thiện với môi trường này để sản xuất ra đèn LED từ chất thải trấu có màu khác ngoài màu đỏ - cam.

Thanh Tùng