Forskere finjusterer kvantepunkter fra kul

Graphene kvanteprikker lavet af kul, introduceret i 2013 af Rice University lab af kemiker James Tour, kan konstrueres til specifikke halvledende egenskaber i en af ​​to enkelttrinsprocesser.

I en ny undersøgelse i denne uge i American Chemical Society journal Anvendte materialer og grænseflader , Tour og kolleger demonstrerede fin kontrol over grafenoxidprikkernes størrelsesafhængige båndgab, ejendommen, der gør dem til halvledere. Kvantepunkter er halvledende materialer, der er små nok til at udvise kvantemekaniske egenskaber, der kun vises på nanoskalaen.

Tours gruppe fandt ud af, at de kunne producere kvanteprikker med specifikke halvledende egenskaber ved at sortere dem gennem ultrafiltrering, en metode, der almindeligvis anvendes i kommunal og industriel vandfiltrering og i fødevareproduktion.

Den anden enkelt-trins proces involverede direkte kontrol af reaktionstemperaturen i oxidationsprocessen, der reducerede kul til kvantepunkter. Forskerne fandt ud af, at varmere temperaturer gav mindre prikker, som havde forskellige halvledende egenskaber.

Tour sagde, at grafenkvantumprikker kan vise sig yderst effektive i applikationer lige fra medicinsk billeddannelse til tilføjelser til tekstiler og polstring for lysere og længerevarende farver. "Kvanteprikker koster generelt omkring 1 million dollars pr. kilogram, og vi kan nu lave dem i en billig reaktion mellem kul og syre, efterfulgt af adskillelse. Og kulet er mindre end $ 100 pr. Ton. "

Prikkerne i disse eksperimenter kommer alle fra behandling af antracit, en slags kul. Processerne producerer partier i specifikke størrelser mellem 4,5 og 70 nanometer i diameter.

Graphene kvanteprikker er fotoluminescerende, hvilket betyder, at de udsender lys af en bestemt bølgelængde som reaktion på indkommende lys af en anden bølgelængde. Det udsendte lys spænder fra grønt (mindre prikker) til orange-rødt (større prikker). Fordi den udsendte farve også afhænger af prikkernes størrelse, denne egenskab kan også tunes, sagde Tour. Laboratoriet fandt kvanteprikker, der udsender blåt lys, var lettest at producere fra bituminøst kul.

Forskerne foreslog, at deres kvantepunkter også kan øge sansningen, elektroniske og fotovoltaiske applikationer. For eksempel, katalytiske reaktioner kunne forstærkes ved at manipulere de reaktive kanter af kvantepunkter. Deres fluorescens kan gøre dem velegnede til metal- eller kemikaliedetekteringsapplikationer ved at indstille for at undgå forstyrrelse af målmaterialernes emissioner.