一项新的研究表明，通过对桦树叶进行压力烹饪，研究人员可以生产出具有足够良好光学特性的量子点，以取代光电子半导体中使用的一些稀有元素。
瑞典于默奥大学的物理学家与丹麦和中国的研究人员合作开发了这种新的压力烹饪方法，可以将植物生物质原料分解成纳米级的碳颗粒，称为碳量子点。
研究人员还报告说，他们已经成功地生产了一种生物基半导体材料，该材料利用了来自桦树叶的碳点。该研究发布在英国皇家化学学会期刊《绿色化学》上。
半导体的可持续性
有机半导体是电子产品中最重要的功能材料之一。在光电子学领域，这种半导体最引人注目的是为有机发光二极管供电，这些二极管用于超薄和明亮的电视和手机屏幕。
但是，对有机半导体技术的需求增加带来了一个大问题——它们主要由使用不可持续原料的石化化合物和稀有元素生产，这些元素需要大量的采矿作业才能采购。这些所谓的“关键原材料”来源都不是对环境特别友好。
为了提高半导体行业的可持续性，研究人员开始研究可用于替代这些关键原材料的替代原料。
“我们研究的本质是利用附近的可再生资源来生产有机半导体材料，”研究作者、于默奥大学物理系研究员Jia Wang说。
在这项新研究中，Wang和她的同事们报告了一种使用生物基碳点作为其唯一原材料的半导体的成功制造。
从不起眼的叶子到量子材料
这种新半导体的合成非常简单。在从于默奥大学校园内生长的白桦树上采摘叶子后，研究人员使用乙醇溶液在溶剂热反应过程中有效地对叶子进行了压力煮熟。
干燥和提取这种溶液产生了“碳点”——由碳纳米材料组成的量子点——大小约为两纳米。当溶解在新鲜的乙醇溶液中时，碳点发出窄带深红光。
研究人员能够将碳点用于制造一种新的发光电化学装置，该装置能够产生高达每平方米100坎德拉，这相当于普通计算机屏幕发出的光强度。
“需要注意的是，我们的方法不仅限于桦树叶，”王补充道。“我们用相同的压力烹饪方法测试了不同的植物叶子，它们都产生了相似的红色碳点。这种多功能性表明，转换过程可以在不同的地点使用。
与其他可用于半导体材料的可比商业量子点不同，新的生物基碳点不含石化化合物、重金属或关键原材料。
“这一结果表明，有可能从消耗石油化合物过渡到再生生物质作为有机半导体的原材料，”Wang说。
该团队还认为，他们的生物基碳点可以在发光设备之外有更广泛的应用。
“碳点在各种应用中都很有前途，从生物成像和传感到防伪，”Wang说。“我们对合作持开放态度，并渴望探索这些发光和可持续碳点的更多令人兴奋的用途。”
