La maggior parte delle luci di Natale, lettori DVD, televisori e torce hanno una cosa in comune:sono realizzati con diodi emettitori di luce (LED). I LED sono ampiamente utilizzati per una varietà di applicazioni e sono stati un popolare, alternativa più efficiente alle lampadine fluorescenti e ad incandescenza negli ultimi decenni. Due ricercatori dell'Università dello Utah hanno ora trovato un modo per creare LED dai rifiuti di cibo e bevande. Oltre a utilizzare rifiuti alimentari e bevande che altrimenti si decomporrebbero e non sarebbero utili, questo sviluppo può anche ridurre i rifiuti potenzialmente dannosi dei LED generalmente costituiti da elementi tossici.

I LED sono un tipo di dispositivo in grado di convertire in modo efficiente l'elettricità in luce. A differenza delle lampadine fluorescenti e ad incandescenza, che destinano l'80% dell'energia consumata alla produzione di calore, I LED indirizzano l'80% dell'energia consumata alla produzione di luce. Ciò è reso possibile dal fatto che i LED non richiedono il riscaldamento di un filamento come fanno le lampadine a incandescenza e fluorescenti.

I LED possono essere prodotti da punti quantici, o minuscoli cristalli che hanno proprietà luminescenti. I punti quantici (QD) possono essere realizzati con numerosi materiali, alcuni dei quali sono rari e costosi da sintetizzare, e anche potenzialmente dannoso da smaltire. Alcune ricerche negli ultimi 10 anni si sono concentrate sull'utilizzo di punti di carbonio (CD), o semplicemente QD in carbonio, per creare invece dei LED.

Rispetto ad altri tipi di punti quantici, I CD hanno una tossicità inferiore e una migliore biocompatibilità, il che significa che possono essere utilizzati in una più ampia varietà di applicazioni.

U Professore assistente di ricerca in ingegneria metallurgica Prashant Sarswat e Professor Michael Free, nell'ultimo anno e mezzo, hanno trasformato con successo rifiuti alimentari come pezzi di tortilla scartati in CD, e successivamente, LED.

I risultati sono stati recentemente pubblicati in Chimica Fisica Fisica Chimica , un giornale della Royal Society of Chemistry.

Dal pane al bulbo

Per sintetizzare i rifiuti in CD, Sarswat e Free hanno impiegato una sintesi solvotermica, o uno in cui i rifiuti sono stati posti in un solvente sotto pressione e ad alta temperatura fino alla formazione di CD. In questo esperimento, i ricercatori hanno utilizzato bevande analcoliche e pezzi di pane e tortilla.

I rifiuti di cibo e bevande sono stati posti ciascuno in un solvente e riscaldato sia direttamente che indirettamente per un periodo compreso tra 30 e 90 minuti.

Dopo aver trovato con successo tracce di CD dalla sintesi, Sarswat e Free hanno proceduto ad illuminare i CD per monitorarne la formazione e il colore.

La coppia ha impiegato anche altri quattro test, Spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, spettroscopia fotoelettronica a raggi X, Imaging Raman e AFM per determinare le varie proprietà ottiche e dei materiali dei CD.

"Sintetizzare e caratterizzare i CD derivati ​​dai rifiuti è un compito molto impegnativo. Dobbiamo essenzialmente determinare la dimensione dei punti che hanno solo 20 nanometri o meno di diametro, quindi dobbiamo eseguire più test per essere sicuri che i CD siano presenti e per determinare quali proprietà ottiche possiedono, ", ha detto Sarswat.

Per confronto, un capello umano è di circa 75, 000 nanometri di diametro.

I vari test eseguiti da Sarswat e Free hanno prima misurato la dimensione dei CD, che è correlato all'intensità del colore e alla luminosità dei punti. I test hanno poi determinato quale fonte di carbonio ha prodotto i migliori CD. Per esempio, saccarosio e D-fruttosio disciolti nelle bevande analcoliche sono risultati essere le fonti più efficaci per la produzione di CD.

Finalmente, i CD sono stati sospesi in resine epossidiche, riscaldato e indurito per solidificare i CD per un pratico utilizzo nei LED.

Un'alternativa ecosostenibile

Attualmente, una delle fonti più comuni di QD è il seleniuro di cadmio, un composto composto da due elementi tossici. La capacità di creare QD sotto forma di CD dai rifiuti di alimenti e bevande eliminerebbe la necessità di preoccuparsi dei rifiuti tossici, poiché il cibo e le bevande in sé non sono tossici.

"I QD derivati ​​dai rifiuti di alimenti e bevande non si basano su elementi tossici comuni come cadmio e selenio, il che rende il loro trattamento e smaltimento più rispettosi dell'ambiente rispetto alla maggior parte degli altri QD. Inoltre, l'uso di rifiuti alimentari e bevande come materiale di partenza per i QD consente di ridurre gli sprechi e i costi per produrre un materiale utile, " disse Libero.

Oltre ad essere tossico quando scomposto, anche il seleniuro di cadmio è costoso:un sito web ha indicato un prezzo di $ 529 per 25 ml del composto.

"Con i rifiuti di cibo e bevande che sono già lì, il nostro materiale di partenza è molto meno costoso. Infatti, è essenzialmente gratuito, ", ha detto Sarswat.

Secondo un rapporto del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, circa il 31% del cibo prodotto nel 2014 non era disponibile per il consumo umano. Essere in grado di utilizzare questi rifiuti per creare LED ampiamente utilizzati in una serie di tecnologie sarebbe un approccio sostenibile dal punto di vista ambientale.

Guardare avanti, Sarswat e Free sperano di continuare a studiare i LED prodotti da rifiuti alimentari e bevande per stabilità e prestazioni a lungo termine.

"L'obiettivo finale è farlo su larga scala e utilizzare questi LED nei dispositivi di tutti i giorni. Per utilizzare con successo i rifiuti già esistenti, questo è l'obiettivo finale, ", ha detto Sarswat.