Team demonstrerer storstilet teknik til at producere kvanteprikker

En metode til at producere betydelige mængder af halvledende nanopartikler til lys-emitterende skærme, sensorer, solpaneler og biomedicinske applikationer har taget fart med en demonstration af forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Mens zinksulfid nanopartikler - en type kvanteprikker, der er en halvleder - har mange potentielle anvendelser, høje omkostninger og begrænset tilgængelighed har været hindringer for deres udbredte anvendelse. Det kan ændre sig, imidlertid, på grund af en skalerbar ORNL-teknik skitseret i et papir udgivet i Anvendt mikrobiologi og bioteknologi .

I modsætning til konventionelle uorganiske tilgange, der bruger dyre prækursorer, giftige kemikalier, høje temperaturer og højt tryk, et hold ledet af ORNL's Ji-Won Moon brugte bakterier fodret med billigt sukker ved en temperatur på 150 grader Fahrenheit i 25- og 250-gallon reaktorer. Ultimativt, holdet producerede omkring tre fjerdedele af et pund zinksulfid nanopartikler - uden procesoptimering, giver plads til endnu højere udbytter.

ORNL biofremstillingsteknikken er baseret på en platformsteknologi, der også kan producere halvledende materialer i nanometerstørrelse såvel som magnetiske, solcelle, katalytiske og fosformaterialer. I modsætning til de fleste biologiske synteseteknologier, der forekommer inde i cellen, ORNL's biofremstillede kvantepriksyntese sker uden for cellerne. Som resultat, nanomaterialerne fremstilles som løse partikler, der er nemme at adskille ved simpel vask og centrifugering.

Resultaterne er opmuntrende, ifølge Moon, som også bemærkede, at ORNL-tilgangen reducerer produktionsomkostningerne med cirka 90 procent sammenlignet med andre metoder.

"Da biofremstilling kan kontrollere kvanteprikdiameteren, det er muligt at producere en bred vifte af specifikt tunede halvledende nanomaterialer, gør dem attraktive til en række anvendelser, der inkluderer elektronik, skærme, solceller, computer hukommelse, energilagring, trykt elektronik og bio-imaging, " sagde Moon.

Succesfuld biofremstilling af lysemitterende eller halvledende nanopartikler kræver evnen til at kontrollere materialesyntesen på nanometerskalaen med tilstrækkelig høj pålidelighed, reproducerbarhed og udbytte for at være omkostningseffektive. Med ORNL-tilgangen, Moon sagde, at målet er nået.

Forskere forestiller sig, at deres kvanteprikker i første omgang bliver brugt i bufferlag af fotovoltaiske celler og andre tyndfilm-baserede enheder, der kan drage fordel af deres elektro-optiske egenskaber som lysemitterende materialer.

Medforfattere til papiret, med titlen "Fremstillingsdemonstration af mikrobielt medierede zinksulfid-nanopartikler i reaktorer i pilotanlægsskala, "var ORNL's Tommy Phelps, Curtis Fitzgerald Jr., Randall Lind, James Elkins, Gyoung Gug Jang, Stakkels Joshi, Michelle Kidder, Beth Armstrong, Thomas Watkins, Ilia Ivanov og David Graham. Finansiering til denne forskning blev leveret af DOE's Advanced Manufacturing Office og Office of Science.