Forståelse af den optimale proces til fremstilling af koblede nanokrystalfaststoffer

Bedre forståelse af videnskaben, der ligger til grund for velkendte teknikker til udvikling af kvanteprikker-bittesmå halvledende nanokrystaller-kan hjælpe med at reducere gætterierne ved nuværende praksis, da materialeforskere bruger dem til at lave bedre solpaneler og digitale displays.

Blot milliarder af en meter på tværs, kvanteprikker fremstilles rutinemæssigt i opløsning og overtrækkes eller sprøjtes som et blæk for at skabe en tynd elektrisk ledende film, der bruges til at lave enheder. "Men at finde den bedste måde at gøre dette på har været et spørgsmål om forsøg og fejl, "siger materialeforsker Ahmad R. Kirmani. Nu, med kolleger på KAUST og University of Toronto, Canada, han har afsløret, hvorfor visse velkendte teknikker dramatisk kan forbedre filmens præstation.

Kvantepunkter absorberer og udsender forskellige bølgelængder af lys afhængigt af deres størrelse. Det betyder, at de kan indstilles til at være yderst effektive absorbere i solpaneler, eller for at udsende forskellige farver til et display, bare ved at gøre krystallerne større eller mindre.

Prikkerne dyrkes sædvanligvis af bly og svovl i opløsning. Fordi prikkers egenskaber afhænger af deres størrelse, deres vækst skal standses på det rigtige tidspunkt, hvilket gøres ved at tilføje specielle molekyler til at dække deres vækst. Ingeniører bruger ofte molekyler af oliesyre, hver med 18 carbonatomer, der fastgøres til krystalets overflade, som hår, blokerer vækst.

Dette skaber en løsning af prikker, der er egnede til belægning til fremstilling af en film. Endnu, denne film er ikke god til at lede elektricitet, fordi de lange syremolekyler hæmmer elektronstrømmen mellem nanokrystaller. Så ingeniører tilføjer kortere molekyler. Disse "linkere" har kun omkring to carbonatomer pr. Molekyle. Linkerne erstatter de lange afdækningsmolekyler, stigende konduktans. "Metoden har været brugt i et par årtier, men ingen havde undersøgt præcis, hvad der sker, ”siger Kirmani.

At finde ud af, Kirmanis team brugte en mikrobalance til at overvåge udvekslingen af ​​oliesyre til linkere under overgangen. De målte afstanden mellem prikkerne ved at sprede røntgenstråler fra dem, og de registrerede også filmens skiftende tykkelse, densitet og optisk absorptionskarakteristika.

I stedet for at se en glidende ændring i filmens egenskaber, de så et pludseligt spring - hvilket markerede en faseovergang. Når stort set alle syremolekylerne er blevet fortrængt af linkere, prikkerne kommer pludselig tæt sammen, og konduktiviteten skyder op.

Kirmani håber, at andre teams vil blive inspireret til at undersøge nærmere, muligvis ved at standse overgangsprocessen et sted midtvejs og introducere forskellige molekyler til prikoverfladen for at se, hvilke nye funktioner der dukker op. "Der er et stort potentiale i at tage denne forståelse til nye paradigmer for nye teknologier, " han siger.