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用稻殼“點亮”硅量子點LED燈 迎來更加廣闊的硅量子點道路!

發(fā)布日期:2022-04-26 點擊率:35

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】稻殼對于農(nóng)村人來說并不陌生,在以往,稻殼通常都被當做垃圾倒掉,十分污染環(huán)境,后來逐漸有人開始利用稻殼,將其用來作為盆栽的養(yǎng)料,或是用來加工飼料,像是拿來喂養(yǎng)雞鴨,又或是將稻殼加工成模板,在打碎的稻殼中加入巖鹽、礦物油等輔料,從而生成稻殼板這樣的一種新型復(fù)合材料。但是,將稻殼做成LED燈這樣意料不到的事,你有聽說過嗎?
 

  硅作為一種十分重要的半導(dǎo)體材料,因其成熟的加工工藝、優(yōu)異的電學(xué)性能以及豐富的資源儲量,目前已經(jīng)成為了當今的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。不過,硅的發(fā)光效率較低,這是因為硅是間接帶隙半導(dǎo)體,電子和空穴的復(fù)合需要聲子的參與,導(dǎo)致其輻射復(fù)合幾率極低,并且使得硅基光電集成缺少了核心光源,因此很難能夠?qū)崿F(xiàn)硅基激光器。
 

  硅量子點通常存在于多孔硅中,多孔硅的發(fā)光主要就是源于硅量子點的發(fā)光,硅量子點能夠填補硅難以高效率發(fā)光的難題。并且,各種存在形態(tài)的硅量子點都具有比體硅材料更加優(yōu)異的發(fā)光性能。這種性能以及其光學(xué)性質(zhì)促使人們開始不斷思考硅量子點在光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用,以期能夠?qū)崿F(xiàn)光電器件性能的提升或是創(chuàng)新。近些年來,具有新穎光電性能的硅量子點在諸如發(fā)光器件、太陽電池和光探測器等光電器件中逐漸得到了應(yīng)用,并且獲得了一系列的研究發(fā)展。
 

  目前,量子點作為平板電腦和大屏幕電視的發(fā)光體已開始進入市場,并且被認為是繼OLED后的下一代發(fā)光體。盡管硅量子點有著種種優(yōu)勢,但由于目前進入市場的量子點顯示屏使用的是重金屬量子點,傳統(tǒng)的硅量子點通常涉及有毒物質(zhì),如鎘、鉛或其他重金屬,所以全世界科學(xué)家都在探索無毒、無重金屬的發(fā)光體。
 

  近日,日本科學(xué)家利用回收稻殼創(chuàng)造世界上首臺硅量子點LED燈。研究團隊使用碾磨、熱處理和化學(xué)蝕刻相結(jié)合的方法來處理稻殼二氧化硅,他們將稻殼碾磨,并通過燃燒碾磨的稻殼中的有機化合物來提取二氧化硅粉末,隨后,他們將生成的二氧化硅粉末在電爐中加熱,通過還原反應(yīng)獲得硅粉,并且經(jīng)過化學(xué)蝕刻進一步得到3納米的純化硅粉;最后他們對其表面進行化學(xué)功能化處理,使其具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和在溶劑中的分散性,用3納米的納米晶顆粒制備了發(fā)光在橙紅色范圍內(nèi)的硅量子點,發(fā)光效率超過20%。
 

  研究團隊所開發(fā)的化學(xué)合成方法使他們能夠評估硅量子點LED的光學(xué)和光學(xué)性能,包括二氧化硅、硅粉和硅量子點的結(jié)構(gòu)、合成產(chǎn)量和性能。他們所研制出來的硅量子點LED燈,是以一種低成本、環(huán)保的方式將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為最先進的發(fā)光二極管。他們讓硅量子點避開重金屬,并且輔以更高的工作溫度和穩(wěn)定性,使硅量子點成為了量子計算的有利候選之一,并且其無毒的特性,也意味著它十分適合醫(yī)療應(yīng)用。
 

  近些年來,因硅量子點具有的特殊電子和光學(xué)性能,目前已經(jīng)在發(fā)光器件、太陽電池、光探測器等領(lǐng)域中均獲得了令人矚目的研究進展。其中,硅量子點有機LED更是結(jié)合了硅量子點和有機物的光電性能優(yōu)勢,并且顯示出了良好的器件發(fā)光效率。硅量子點給光電器件的發(fā)展帶來了新思路,并且由于其無毒、價格低廉和能與成熟的硅基光電子器件兼容等優(yōu)勢,硅量子點有望在未來的光電器件領(lǐng)域的革新中扮演重要角色!
 

  (資料參考來源:科技日報、知網(wǎng)、科幻網(wǎng))

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