 Графеновые квантовые точки, изготовленные из угля, введенные в 2013 году в лаборатории университета Райс химиком Джеймсом Туром, могут быть сконструированы для конкретных полупроводниковых свойств в одном из двух одноступенчатых процессов.
В новом исследовании Тур и коллеги продемонстрировали качественный контроль над размером зависящей от точек оксида графена ширины запрещенной зоны - свойством, которое делает их полупроводниками. Квантовые точки являются полупроводниковыми материалами, которые достаточно малы, чтобы проявлять квантовые свойства, появляющиеся только на наноуровне.
Ученые обнаружили, что они могут производить квантовые точки с определенными полупроводниковыми свойствами, сортируя их по ультрафильтрации – методу, широко используемому в бытовой и промышленной фильтрации воды и в производстве продуктов питания.
Ученые университета Райс разработали графеновые квантовые точки, полученных из угля с настроенными запрещенными зонами и фотолюминесцентными свойствами. Эти квантовые точки имеют около 4,5 нанометров в диаметре.
Другой процесс одного шага вовлекает прямой контроль температуры реакции в процессе окисления, который превращает уголь в квантовые точки. Исследователи обнаружили, что более высокие температуры привели к производству более мелких точки, которые имели разные свойства полупроводников.
По словам Тура, графеновые квантовые точки могут оказаться весьма эффективными в разных приложениях, начиная от медицинской визуализации и заканчивая дополнениям к тканям и обивкам для более ярких и долговечных цветов. «Квантовые точки обычно стоит около $1 млн за килограмм и теперь мы можем сделать их в недорогой реакции между кислотой и углем, с последующим разделением. И уголь стоит менее $100 за тонну».
Точки в этих экспериментах все приходят от лечения антрацита, своего рода угля. Процессы приводят к производству партий в конкретных размерах диаметром между 4,5 и 70 нм.
Графеновые квантовые точки являются фотолюминесцентными, что означает, что они излучают свет определенной длины волны в ответ на входящий свет с другой длиной волны. Испускаемый свет варьируется от зеленого (мелкие точки) до оранжево-красного (больших точек). Поскольку излучаемый цвет также зависит от размера точек, это свойство также может быть настроено. Было обнаружено, что квантовые точки, которые испускают синий свет легче всего производить из каменного угля.
Исследователи предполагают, что их квантовые точки могут также повысить зондирование, электронные и фотоэлектрические приложений. Например, каталитические реакции могут быть повышены путем манипулирования реактивных краев квантовых точек. Их флуоресценция может сделать их пригодными для приложений металлического или химического обнаружения посредством настройки, чтобы избежать помех с выбросами целевых материалов.
|
