La plupart des lumières de Noël, Lecteurs DVD, les téléviseurs et les lampes de poche ont une chose en commun :ils sont fabriqués avec des diodes électroluminescentes (DEL). Les LED sont largement utilisées pour une variété d'applications et ont été un populaire, alternative plus efficace aux ampoules fluorescentes et à incandescence au cours des dernières décennies. Deux chercheurs de l'Université de l'Utah ont maintenant trouvé un moyen de créer des LED à partir de déchets alimentaires et de boissons. En plus d'utiliser des déchets d'aliments et de boissons qui se décomposeraient autrement et seraient inutiles, cette évolution permet également de réduire les déchets potentiellement nocifs des LED généralement constituées d'éléments toxiques.

Les LED sont un type d'appareil capable de convertir efficacement l'électricité en lumière. Contrairement aux ampoules fluorescentes et incandescentes, qui consacrent 80% de l'énergie consommée à la production de chaleur, Les LED consacrent 80 % de l'énergie consommée à la production de lumière. Ceci est rendu possible par le fait que les LED ne nécessitent pas de chauffage de filament comme le font les ampoules à incandescence et fluorescentes.

Les LED peuvent être produites par des points quantiques, ou de minuscules cristaux qui ont des propriétés luminescentes. Les points quantiques (QD) peuvent être fabriqués avec de nombreux matériaux, dont certains sont rares et coûteux à synthétiser, et même potentiellement dangereux à éliminer. Certaines recherches au cours des 10 dernières années se sont concentrées sur l'utilisation de points de carbone (CD), ou simplement des QD en carbone, pour créer des LED à la place.

Par rapport à d'autres types de points quantiques, Les CD ont une toxicité plus faible et une meilleure biocompatibilité, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés dans une plus grande variété d'applications.

U Professeur assistant de recherche en génie métallurgique Prashant Sarswat et professeur Michael Free, depuis un an et demi, ont réussi à transformer des déchets alimentaires tels que des morceaux de tortilla jetés en CD, et par la suite, LED.

Les résultats ont été publiés récemment dans Chimie Physique Physique Chimique , un journal de la Royal Society of Chemistry.

Du pain au bulbe

Pour synthétiser les déchets en CD, Sarswat et Free ont utilisé une synthèse solvothermique, ou un dans lequel les déchets ont été placés dans un solvant sous pression et à haute température jusqu'à ce que des CD soient formés. Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé des boissons gazeuses et des morceaux de pain et de tortilla.

Les déchets d'aliments et de boissons ont chacun été placés dans un solvant et chauffés à la fois directement et indirectement pendant 30 à 90 minutes.

Après avoir trouvé avec succès des traces de CD de la synthèse, Sarswat et Free ont commencé à illuminer les CD pour surveiller leur formation et leur couleur.

La paire a également utilisé quatre autres tests, Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, Spectroscopie photoélectronique par rayons X, Imagerie Raman et AFM pour déterminer les différentes propriétés optiques et matérielles des CD.

"Synthétiser et caractériser des CD dérivés de déchets est une tâche très difficile. Nous devons essentiellement déterminer la taille de points qui ne mesurent que 20 nanomètres ou moins de diamètre, nous devons donc effectuer plusieurs tests pour nous assurer que les CD sont présents et pour déterminer quelles propriétés optiques ils possèdent, " dit Sarswat.

En comparaison, un cheveu humain fait environ 75, 000 nanomètres de diamètre.

Les différents tests effectués par Sarswat et Free ont d'abord mesuré la taille des CD, qui est en corrélation avec l'intensité de la couleur et de la luminosité des points. Les tests ont ensuite déterminé quelle source de carbone produisait les meilleurs CD. Par exemple, le saccharose et le D-fructose dissous dans les boissons gazeuses se sont avérés être les sources les plus efficaces pour la production de CD.

Finalement, les CD étaient suspendus dans des résines époxy, chauffé et durci pour solidifier les CD pour une utilisation pratique dans les LED.

Une alternative écologiquement durable

Actuellement, l'une des sources les plus courantes de QD est le séléniure de cadmium, un composé composé de deux éléments toxiques. La possibilité de créer des QD sous forme de CD à partir de déchets d'aliments et de boissons éliminerait le besoin de s'inquiéter des déchets toxiques, car la nourriture et les boissons elles-mêmes ne sont pas toxiques.

"Les QD dérivés des déchets d'aliments et de boissons ne sont pas basés sur des éléments toxiques communs tels que le cadmium et le sélénium, ce qui rend leur traitement et leur élimination plus respectueux de l'environnement que pour la plupart des autres QD. En outre, l'utilisation de déchets d'aliments et de boissons comme matériau de départ pour les QD permet de réduire les déchets et les coûts de production d'un matériau utile, ", a déclaré Free.

En plus d'être toxique en cas de décomposition, Le séléniure de cadmium est également cher - un site Web a indiqué un prix de 529 $ pour 25 ml du composé.

« Avec les déchets de nourriture et de boissons qui sont déjà là, notre matière première est beaucoup moins chère. En réalité, c'est essentiellement gratuit, " dit Sarswat.

Selon un rapport du ministère américain de l'Agriculture, environ 31 % des aliments produits en 2014 n'étaient pas disponibles pour la consommation humaine. Pouvoir utiliser ces déchets pour créer des LED qui sont largement utilisées dans un certain nombre de technologies serait une approche écologiquement durable.

Avoir hâte de, Sarswat et Free espèrent continuer à étudier les LED produites à partir de déchets alimentaires et de boissons pour la stabilité et les performances à long terme.

"Le but ultime est de le faire à grande échelle et d'utiliser ces LED dans les appareils du quotidien. Pour réussir à valoriser les déchets qui existent déjà, c'est le but final, " dit Sarswat.