Blodplader i stedet for kvanteprikker

Et team af forskere ledet af ETH Zürich-professor David Norris har udviklet en model til at afklare den generelle mekanisme for nanoblodpladedannelse. Ved at bruge pyrit, de formåede også at bekræfte deres teori.

Forskere har forsket i lysende farvede kvanteprikker (QD'er) siden 1980'erne. Disse nanokrystaller er nu en del af vores hverdag:Elektronikindustrien bruger dem i LCD-fjernsyn til at forbedre farvegengivelse og billedkvalitet.

Kvanteprikker er sfæriske nanokrystaller lavet af et halvledermateriale. Når disse krystaller exciteres af lys, de lyser grønt eller rødt – afhængigt af deres størrelse, som typisk er mellem 2 og 10 nanometer. De sfæriske former kan fremstilles på en meget kontrolleret måde.

Rektangulære ultratynde krystaller

Et par år siden, en ny type nanokrystaller fangede forskernes opmærksomhed mere eller mindre tilfældigt:nanoblodplader. Som kvanteprikker, disse todimensionelle strukturer er kun nogle få nanometer store, men har en mere ensartet lejlighed, rektangulær form. De er ekstremt tynde, ofte kun bredden af ​​nogle få atomlag, giver blodpladerne en af ​​deres mest markante egenskaber – deres ekstremt rene farve.

Indtil nu har mekanismen, der forklarer, hvordan sådanne blodplader dannes, været et mysterium. I samarbejde med en amerikansk forsker, ETH-professor David Norris og hans team har nu løst dette mysterium:"Vi ved nu, at der ikke er nogen magi involveret i at producere nanoblodplader, bare videnskab" understregede professoren i materialeteknik.

I en undersøgelse netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturmaterialer , forskerne viser, hvordan cadmiumselenid nanoplader antager deres særlige flade form.

Vækst uden skabelon

Forskere havde tidligere antaget, at denne meget præcise form krævede en form for skabelon. Forskere havde mistanke om, at en blanding af specielle forbindelser og opløsningsmidler producerede en skabelon, hvori disse flade nanokrystaller derefter blev dannet.

Imidlertid, Norris og hans kolleger fandt ingen beviser for, at sådanne formskabeloner havde nogen rolle. Tværtimod, de fandt ud af, at blodpladerne kan vokse gennem den simple smeltning af råstofferne cadmiumcarboxylat og selen, uden nogen som helst opløsningsmidler.

Teoretisk vækstmodel udtænkt

Holdet tog derefter denne viden og udviklede en teoretisk model til at simulere væksten af ​​blodpladerne. Takket være denne model, forskerne viser, at en krystalliseret kerne opstår spontant med kun få cadmium- og selenatomer. Denne krystalliserede kerne kan opløses igen og omkonfigureres i en anden form. Imidlertid, når den har overskredet en kritisk størrelse, det vokser til en blodplade.

Af energirelaterede årsager, den flade krystal vokser kun på sin smalle side, op til 1, 000 gange hurtigere end på sin flade side. Væksten på den flade side er betydeligt langsommere, fordi den ville involvere flere dårligt bundne atomer på overfladen, kræver energi for at stabilisere dem.

Model verificeret eksperimentelt

Ultimativt, det lykkedes også forskerne at bekræfte deres model eksperimentelt ved at skabe pyrit (FeS2) nanoblodplader i laboratoriet. De producerede blodpladerne nøjagtigt efter modelforudsigelsen ved at bruge jern- og svovlioner som basisstoffer.

"Det er meget interessant, at vi var i stand til at producere disse krystaller for første gang med pyrit, " siger Norris. "Det viste os, at vi kan udvide vores forskning til andre materialer." Cadmiumselenid er det mest almindelige halvledermateriale, der bruges til forskning i nanokrystaller; det er meget giftigt og derfor uegnet til daglig brug. Forskernes mål er at producere nanoblodplader lavet af mindre giftige eller ugiftige stoffer.

Giver videre udvikling grønt lys

På nuværende tidspunkt Norris kan kun spekulere i det fremtidige potentiale for nanoblodplader. Han siger, at de kan være et interessant alternativ til kvanteprikker, da de byder på flere fordele; for eksempel, de kan generere farver som grøn bedre og mere klare. De overfører også energi mere effektivt, hvilket gør dem ideelle til brug i solceller, og de ville også være velegnede til lasere.

Imidlertid, de har også flere ulemper. Kvanteprikker, for eksempel, tillade uendelig variabel farve gennem dannelsen af ​​krystaller af varierende størrelse. Ikke tilfældet i tilfælde af blodplader:på grund af lagdelingen af ​​atomlagene, farven kan kun ændres trinvist. Heldigvis, denne begrænsning kan afbødes med visse "tricks":ved indkapsling af blodpladerne i en anden halvleder, bølgelængden af ​​det udsendte lys kan indstilles mere præcist.

Kun tiden vil vise, om denne opdagelse vil tiltrække skærmindustriens interesse. Nogle virksomheder bruger i øjeblikket organisk LED (OLED) teknologi, mens andre bruger kvanteprikker. Hvordan teknologien vil udvikle sig er uklart. Imidlertid, evnen til at undersøge en bred vifte af nanopladematerialer på grund af dette arbejde kan give halvledernanokrystaltilgangen en ny kant.