LEDs fabricados a partir de cáscaras de arroz

La molienda del arroz para separar el grano de la cáscara produce cada año unos 100 millones de toneladas de residuos de cáscara de arroz en todo el mundo. Unos científicos que buscaban un método para fabricar puntos cuánticos en cantidades industriales han desarrollado un proceso que permite reciclar las cáscaras de arroz para emplearlas en la fabricación de LEDs de puntos cuánticos de silicio. Este método les ha permitido crear el primer LED de puntos cuánticos de silicio hecho a partir de residuos de cáscara de arroz.

El nuevo método transforma pues esos residuos agrícolas en diodos emisores de luz de última generación y lo hace de manera barata y respetuosa con el medio ambiente.

Este avance es obra del equipo de Ken-ichi Saitow, de la Universidad de Hiroshima en Japón.

Dado que los puntos cuánticos típicos suelen incluir materiales tóxicos, como el cadmio, el plomo u otros metales pesados, la fabricación y el uso de tales puntos cuánticos han suscitado a menudo el temor a sus efectos contaminantes. El nuevo proceso de fabricación de puntos cuánticos constituye una alternativa no afectada por ese problema.

Desde que se descubrió el silicio poroso en la década de 1950, los científicos han explorado sus usos en aplicaciones muy diversas, como por ejemplo baterías de iones de litio, materiales luminiscentes, sensores biomédicos y sistemas de administración de fármacos. El silicio, que no es tóxico y se encuentra en abundancia en la naturaleza, tiene propiedades de fotoluminiscencia, derivadas de sus estructuras de puntos microscópicos (de tamaño cuántico) que sirven de semiconductores.

Resulta que las cáscaras de arroz son una excelente fuente de sílice (dióxido de silicio) y de polvo de silicio.

En la Universidad de Hiroshima se ha logrado crear el primer LED de puntos cuánticos fabricados a partir de cáscaras de arroz. (Imagen: ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 1765-1776. Copyright ACS)

En el nuevo proceso, el primer paso es moler las cáscaras de arroz y extraer polvo de sílice quemando los compuestos orgánicos de las cáscaras de arroz molidas. El segundo paso es calentar el polvo de sílice en un horno eléctrico para obtener polvo de silicio mediante una reacción de reducción. En el tercer paso, el producto, un polvo de silicio purificado, se somete a un proceso químico que produce granos de tamaño nanométrico, concretamente de unos 3 nanómetros. Por último, las superficies son tratadas químicamente para conseguir una alta estabilidad química y una alta dispersividad en el disolvente. El resultado es la obtención de partículas cristalinas de 3 nanómetros con las que resulta fácil producir puntos cuánticos de silicio que presentan una luminiscencia en el rango naranja-rojo y con una eficiencia de más del 20 por ciento.

Los creadores del nuevo método exponen los detalles técnicos del mismo en la revista académica  ACS Sustainable Chemistry & Engineering, bajo el título “Orange−Red Si Quantum Dot LEDs from Recycled Rice Husks”. (Fuente: NCYT de Amazings)