Xử lý nước cho vùng sâu, vùng xa bằng đèn LED

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Ohio đã chế tạo được đèn LED từ lá kim loại trọng lượng nhẹ để binh lính và những người dân có thể sử dụng để lọc nước uống và khử trùng thiết bị y tế.

Trong bài báo nghiên cứu đăng trên Tạp chí Applied Physics Letters, các nhà khoa học đã mô tả cách chế tạo đèn LED để chiếu sáng trong vùng “sâu” năng lượng cao của quang phổ cực tím. PGS. Roberto Myers, chuyên ngành khoa học và kỹ thuật vật liệu, đồng tác giả nghiên cứu giải thích: Ánh sáng cực tím sâu (có bước sóng dưới 300 nm) đã được quân đội, các tổ chức nhân đạo và ngành công nghiệp sử dụng cho nhiều ứng dụng từ phát hiện các tác nhân sinh học cho đến sản xuất nhựa lưu hóa. Tuy nhiên, đèn cực tím sâu thông thường có nhược điểm là quá nặng để có thể dễ dàng mang theo người.

PGS. Myers cho rằng: “Bây giờ, nếu bạn muốn phát ánh sáng cực tím sâu, bạn phải sử dụng đèn thủy ngân. Thủy ngân là chất độc hại, còn đèn thủy ngân lại cồng kềnh và tiêu thụ điện kém hiệu quả. Nhưng, đèn LED thực sự hiệu quả và nếu chúng tôi chế tạo được đèn LED cực tím an toàn, di động và có giá thành rẻ, chúng tôi có thể sản xuất nước uống an toàn ở bất cứ nơi nào chúng tôi cần”.

Các nhóm nghiên cứu khác đã chế tạo đèn LED cực tím sâu ở quy mô phòng thí nghiệm nhưng bằng cách sử dụng chất bán dẫn đơn tinh thể cứng và cực kỳ tinh khiết làm chất nền. Giải pháp này tạo rào cản chi phí lớn cho ngành công nghiệp.

Công nghệ nano dựa vào lá kim loại, có thể cho phép sản xuất đèn LED cực tím sâu trọng lượng nhẹ, giá rẻ và thân thiện với môi trường trên quy mô lớn. Nhưng nhóm nghiên cứu hy vọng công nghệ của họ sẽ tiến xa hơn, đó là biến đổi lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng được gọi là quang tử học nano thành một ngành công nghiệp.

Công nghệ mới dựa vào kỹ thuật phát triển chất bán dẫn gọi là epitaxy chùm phân tử, trong đó các vật liệu cơ bản bốc hơi nằm trên bề mặt và tự tổ chức thành các lớp hoặc cấu trúc nano. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để tạo ra một lớp gồm các dây gali nitrat hóa nhôm trên các mảnh lá kim loại như titan và tantali. Mỗi dây cao khoảng 200 nm cao và có đường kính từ 20nm đến 50nm – hẹp hơn hàng nghìn lần sợi tóc người và mắt thường không thể nhìn thấy. Trong thử nghiệm tại lab, các dây nano được cắm trên lá kim loại, phát sáng gần rõ bằng các dây nano được chế tạo trên silicon đơn tinh thể đắt đỏ và kém linh hoạt.

Các nhà khoa học đang nghiên cứu chế tạo đèn LED từ dây nano thậm chí còn phát sáng mạnh hơn và sẽ cắm các dây nano trên những lá làm từ kim loại phổ biến hơn như thép và nhôm.