Ketika beras digiling untuk memisahkan biji-bijian dari sekam, sekitar 100 juta ton limbah sekam padi dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun. Para ilmuwan yang mencari metode terukur untuk membuat titik-titik kuantum telah mengembangkan cara untuk mendaur ulang sekam padi untuk menciptakan lampu LED titik kuantum silikon (QD) pertama. Metode baru mereka mengubah limbah pertanian menjadi dioda pemancar cahaya canggih dengan biaya rendah dan cara yang ramah lingkungan.
“Karena QD tipikal sering melibatkan bahan beracun, seperti kadmium, timbal, atau logam berat lainnya, masalah lingkungan sering dibahas saat menggunakan bahan nano. Proses dan metode fabrikasi yang kami usulkan untuk QD meminimalkan kekhawatiran ini, ”kata Ken-ichi Saitow, penulis studi utama dan profesor kimia di Universitas Hiroshima.
Sejak silikon berpori (Si) ditemukan pada 1950-an, para ilmuwan telah mengeksplorasi penggunaannya dalam aplikasi dalam baterai lithium-ion, bahan luminescent, sensor biomedis, dan sistem pengiriman obat. Tidak beracun dan banyak ditemukan di alam, Si memiliki sifat fotoluminesensi, yang berasal dari struktur titik mikroskopis (berukuran kuantum) yang berfungsi sebagai semikonduktor.
Sadar akan masalah lingkungan seputar titik-titik kuantum saat ini, para peneliti berangkat untuk menemukan metode baru untuk membuat titik-titik kuantum yang memiliki dampak lingkungan yang positif. Limbah sekam padi ternyata merupakan sumber silika dengan kemurnian tinggi (SiO 2 ) yang sangat baik dan bubuk Si yang bernilai tambah.
Tim menggunakan kombinasi penggilingan, perlakuan panas, dan etsa kimia untuk memproses silika sekam padi:
Pertama, mereka menggiling sekam padi dan mengekstraksi bubuk silika (SiO 2 ) dengan membakar senyawa organik sekam padi giling. Kedua, mereka memanaskan serbuk silika yang didapatkan pada tungku listrik buat menerima serbuk Si melalui reaksi reduksi. Ketiga, produk tadi merupakan serbuk Si murni yang selanjutnya direduksi menjadi tiga nanometer menggunakan etsa kimia.
Akhirnya, permukaannya difungsikan secara kimia untuk stabilitas kimia yang tinggi dan dispersivitas yang tinggi dalam pelarut, dengan partikel kristal 3 nm untuk menghasilkan SiQD yang berpendar dalam kisaran oranye-merah dengan efisiensi pendaran tinggi lebih dari 20%.
"Ini adalah penelitian pertama yang mengembangkan LED dari limbah sekam padi," kata Saitow, menambahkan bahwa kualitas silikon yang tidak beracun menjadikannya alternatif yang menarik untuk titik kuantum semikonduktor saat ini yang tersedia saat ini.
“Metode ketika ini sebagai metode mulia buat berbagi LED quantum dot ramah lingkungan berdasarkan produk alam,” ujarnya
LED dirakit sebagai serangkaian lapisan material. Substrat kaca indium-timah-oksida (ITO) adalah anoda LED; itu adalah konduktor listrik yang baik sementara cukup transparan untuk emisi cahaya. Lapisan tambahan dilapisi spin ke kaca ITO, termasuk lapisan SiQD. Bahan ditutup dengan katoda film aluminium.
Metode sintesis kimia yang dikembangkan tim telah memungkinkan mereka untuk mengevaluasi sifat optik dan optoelektrik dari dioda pemancar cahaya SiQD, termasuk struktur, hasil sintesis, dan sifat serbuk SiO2 dan Si serta SiQD .
“Dengan mensintesis SiQD hasil tinggi dari sekam kaya dan mendispersikannya dalam pelarut organik, ada kemungkinan suatu hari proses ini dapat diimplementasikan dalam skala besar, seperti proses kimia hasil tinggi lainnya,” kata Saitow.
Langkah tim selanjutnya termasuk mengembangkan pendaran efisiensi yang lebih tinggi di SiQD dan LED. Mereka juga akan menjajaki kemungkinan memproduksi LED SiQD selain warna oranye-merah yang baru saja mereka buat.
Ke depan, para ilmuwan menyarankan agar metode yang mereka kembangkan dapat diterapkan pada tanaman lain, seperti bambu tebu, gandum, barley, atau rerumputan, yang mengandung SiO 2. Produk alam ini dan limbahnya berpotensi untuk diubah menjadi perangkat optoelektronik non-toksik. Pada akhirnya, para ilmuwan ingin melihat komersialisasi pendekatan ramah lingkungan ini untuk menciptakan perangkat luminescent dari limbah sekam padi.
