• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Är quantum dot TV-apparater – och deras giftiga ingredienser – faktiskt bättre för miljön?

    Kadmiumselenid nanokristaller ovanpå en kiselwafer. Varje hexagon är 45 mikron tvärs över. Argonne National Laboratory, CC BY-NC-SA

    Tidigare i veckan, Samtalet rapporterade att, "Framtiden är ljus, framtiden är … kvantprick-tv-apparater." Och att döma av surret från veckans årliga Consumer Electronics Show (CES) är det rätt – tekniken ger tillverkarna ett billigt och effektivt sätt att producera nästa generations briljanta, högupplösta TV-skärmar.

    Men kvantprickarna i dessa skärmar använder också material och teknologier – inklusive konstruerade nanopartiklar och tungmetallen kadmium – som har varit en magnet för hälso- och miljöhänsyn. Kommer de bländande bilderna som denna teknik gör att göra oss blinda för nya hälso- och miljöutmaningar, eller överväger deras fördelar de potentiella riskerna?

    Svaret är inte svartvitt

    Kvantprickar är en produkt av det framväxande området nanoteknik. De är gjorda av nanometerstora partiklar av ett halvledande material – ofta kadmiumselenid. Cirka 2, 000 till 20, 000 gånger mindre än bredden på ett enda människohår, de är designade för att absorbera ljus av en färg och avge det som en annan färg – att fluorescera. Denna egenskap gör dem särskilt väl lämpade för användning i produkter som surfplattor och TV-apparater som behöver ljus, vit, enhetliga bakgrundsbelysningar.

    Det finns naturligtvis andra kemikalier, såsom fosfor, som fluorescerar och används i konsumentprodukter. Det som är unikt med kvantprickar är att färgen på det emitterade ljuset kan modifieras genom att helt enkelt ändra storleken på kvantpartiklarna. Och eftersom denna färgförskjutning är ett fysiskt fenomen, kvantprickar överträffar sina kemiska motsvarigheter i ljusstyrka, färg och hållbarhet.

    Tyvärr, tungmetallen kadmium som används i produktionen av många kvantprickar är en hälso- och miljöfara. Enligt det europeiska direktivet om begränsningar av farliga ämnen, dess användning är begränsad i elektronisk utrustning. Och kadmium och kadmiumföreningar har klassificerats som cancerframkallande för människor av International Agency for Research on Cancer.

    Dessutom, de potentiella hälso- och miljöeffekterna av konstruerade nanopartiklar som kvantprickar har väckt oro hos toxikologer och tillsynsmyndigheter i över ett decennium nu. Forskning har visat att storleken, form och ytegenskaper hos vissa partiklar påverkar den skada de kan orsaka på människor och miljön; mindre partiklar är ofta mer giftiga än sina större motsvarigheter. Som sagt, detta är ett område där vetenskaplig förståelse fortfarande utvecklas.

    Tillsammans, Dessa faktorer tyder på att försiktighet är berättigad när man använder kvantpunktsteknik. Men isolerade är de vilseledande.

    Flaskor med kvantprickar som producerar levande färger från violett till djupt rött. Kredit:Antipoff, CC BY-SA

    Kvantprickar under glas

    Kvantprickarna som för närvarande används i TV-apparater är fast inbäddade i skärmarna – vanligtvis inneslutna bakom flera lager av glas och plast. Som ett resultat, chansen att användare utsätts för dem under normal drift är i stort sett noll.

    Situationen är potentiellt annorlunda under tillverkning, när det finns en chans att någon oavsiktligt kan exponeras för dessa nanoskopiska partiklar. Scenarier som detta har lett till att byråer som US National Institute for Occupational Safety and Health har tagit en närmare titt på säkerheten när de arbetar med nanopartiklar. Även om de potentiella riskerna inte är försumbara, goda arbetsmetoder är effektiva för att minska eller eliminera potentiellt skadliga exponeringar.

    Avfallshantering väcker ytterligare oro. Medan nanopartiklarna sannolikt kommer att förbli fast inbäddade i en slängd TV-skärm, de giftiga ämnen de innehåller, inklusive kadmium, kan mycket väl släppas ut i miljön. Kadmium är verkligen en hälso- och miljöfråga med dåligt reglerad e-avfallshantering och återvinning. Dock, när lämpliga förfaranden används, exponeringar bör vara försumbara.

    Dessa farhågor kan räcka för att för vissa tippa balansen mot att använda kvantprickar i hemelektronik. Men de berättar bara en del av historien eftersom dessa små, ljusa partiklar kommer också med miljöfördelar.

    Koleldade kraftverksutsläpp inkluderar kadmium. Kredit:Guy Gorek, CC BY-NC-ND

    Men det finns ljusa fördelar

    Quantum dot TV-apparater kan vara upp till 20 % mer energieffektiva än konventionella LED-TV-skärmar. Och eftersom kvantprickar är en så effektiv källa till starkt ljus, mängden ljusavgivande material i dessa skärmar (så lågt som ett milligram kadmium i vissa modeller) kan faktiskt minska den totala mängden giftiga material som används.

    Dessa energi- och materialbesparingar leder till minskade miljö- och hälsoeffekter. Men är de tillräckligt för att motivera användningen av ett potentiellt giftigt material?

    Företaget QD Vision har brottats med just denna fråga. Genom att utveckla kvantprickar för produkter som Sonys TCL Quantum Dot TV (debuterar på CES i år), företaget antog uttryckligen ett synsätt på ansvarsfull utveckling som tog hänsyn till hälso- och miljöpåverkan. Som ett resultat, 2014 vann de Presidential Green Chemistry Challenge Award från US Environmental Protection Agency (EPA).

    Även om det verkar kontraintuitivt, analys av företaget som gjordes tillgängligt för EPA visade att QD Visions produkter leder till en nettominskning av utsläpp av kadmium i miljön jämfört med konventionella TV-apparater. Kadmium är en av de föroreningar som släpps ut från koleldade elkraftverk. Eftersom tv-apparater som använder företagets kvantprickar använder betydligt mindre ström än sina motsvarigheter som inte är kvantprickar, det kombinerade kadmiumet i QD Vision-TV-apparater och kraftverksutsläppen i samband med deras användning är faktiskt lägre än vad som är förknippat med konventionella platt-TV-apparater. Med andra ord, att använda kadmium i kvantprickar för produktion av mer energieffektiva displayer kan faktiskt resultera i en nettominskning av kadmiumutsläppen.

    Detta är ett snyggt trick, och det visar vältaligt farorna med att dra slutsatser om risker utan att se hela bilden. Det gör det, dock, beroende av ett engagemang för ansvarsfull innovation och utveckling som tar hänsyn till framtida hälso- och miljöpåverkan.

    Denna vecka på CES, framtiden för quantum dot-tv är verkligen lysande. Med smarta metoder för att balansera risker och fördelar, Det finns ingen anledning till varför detta ljus inte skulle fortsätta att lysa – så länge som tillverkare och konsumenter håller ögonen på helheten.

    Den här historien publiceras med tillstånd av The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).




    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com