Forskere udvikler sig hurtigere, præcis silicabelægningsproces til kvanteprikker nanorods

Materialeforskere ved North Carolina State University har finjusteret en teknik, der gør dem i stand til at påføre præcist kontrollerede silicabelægninger på kvanteprikker nanorods på en dag - op til 21 gange hurtigere end tidligere metoder. Ud over at spare tid, fremskridtet betyder, at kvanteprikkerne er mindre tilbøjelige til at nedbrydes, bevare deres fordelagtige optiske egenskaber.

Kvanteprikker er halvledermaterialer i nanoskala, hvis lille størrelse får dem til at have elektronenerginiveauer, der adskiller sig fra større versioner af det samme materiale. Ved at kontrollere størrelsen af ​​kvanteprikkerne, forskere kan kontrollere de relevante energiniveauer - og disse energiniveauer giver kvanteprikker nye optiske egenskaber. Disse egenskaber gør kvanteprikker lovende til applikationer som optoelektronik og displayteknologier.

Men kvanteprikker er omgivet af ligander, som er organiske molekyler, der er følsomme over for varme. Hvis liganderne er beskadigede, kvanteprikkernes optiske egenskaber lider.

"Vi ønskede at belægge de stavformede kvanteprikker med silica for at bevare deres kemiske og optiske egenskaber, " siger Bryan Anderson, en tidligere ph.d. studerende ved NC State, som er hovedforfatter på et papir om arbejdet. "Imidlertid, belægning af kvanteprikker nanorods på en præcis måde giver sine egne udfordringer."

Tidligere arbejde fra andre forskerhold har brugt vand og ammoniak i opløsning for at lette belægning af kvanteprikker nanorods med silica. Imidlertid, disse teknikker kontrollerede ikke uafhængigt mængden af ​​vand og ammoniak, der blev brugt i processen.

Ved uafhængigt at kontrollere mængden af ​​brugt vand og ammoniak, NC State-forskerne var i stand til at matche eller overgå præcisionen af ​​silicabelægninger opnået ved tidligere metoder. Ud over, bruge deres tilgang, NC State-teamet var i stand til at fuldføre hele silica-belægningsprocessen på en enkelt dag - i stedet for op til en til tre uger, der var nødvendige for andre processer.

"Procestiden er vigtig, fordi jo længere processen tager, jo mere sandsynligt er det, at de kvanteprikker nanorods, der bliver belagt, nedbrydes, " siger Joe Tracy, en lektor i materialevidenskab og teknik ved NC State og seniorforfatter på papiret. "Tidsfaktoren kan også være vigtig, når vi tænker på at skalere denne proces op til fremstillingsprocesser."

Det sagt, forskere har stadig et problem.

Processen med at påføre silicacoatingen ætser cadmiumsulfidoverfladen af ​​quantum dot nanorods, hvilket forkorter længden af ​​nanoroderne med så meget som fire eller fem nanometer. Denne forkortelse er tegn på ætsning, hvilket reducerer lysstyrken af ​​det lys, der udsendes af kvanteprikker nanorods.

"Vi tror, ​​at ammoniak kan være synderen, " siger Tracy. "Vi har nogle ideer, som vi forfølger, fokuseret på, hvordan man erstatter ammoniak med en anden katalysator for at minimere ætsningen og bedre bevare quantum dot nanorods optiske egenskaber."

Papiret, "Silicaovercoating af CdSe/CdS Core/Shell Quantum Dot Nanorods med kontrollerede morfologier, " er offentliggjort online i tidsskriftet Materialernes kemi . Avisen var medforfatter af Wei-Chen Wu, en tidligere ph.d. studerende i Tracys laboratorium. Arbejdet blev udført med støtte fra National Science Foundation under bevillingsnummer DMR-1056653.

Tracy har tidligere publiceret relateret forskning i Materialernes kemi på belægning af guld nanorods med silicaskaller.