Forscher entwickeln präzise Silica-Beschichtung für QD-Nanostäbchen

Materialforscher der North Carolina State University haben eine Technik verfeinert, die es ihnen ermöglicht, präzise kontrollierte Siliziumdioxid-Beschichtungen an einem Tag auf Quantenpunkt-Nanostäbchen aufzubringen – bis zu 21 Mal schneller als bisherige Methoden. Neben der Zeitersparnis, Der Fortschritt bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Quantenpunkte verschlechtern, geringer ist, unter Beibehaltung ihrer vorteilhaften optischen Eigenschaften.

Quantenpunkte sind nanoskalige Halbleitermaterialien, deren geringe Größe dazu führt, dass sie Elektronenenergieniveaus aufweisen, die sich von größeren Versionen desselben Materials unterscheiden. Durch die Kontrolle der Größe der Quantenpunkte, Forscher können die relevanten Energieniveaus kontrollieren – und diese Energieniveaus verleihen Quantenpunkten neuartige optische Eigenschaften. Diese Eigenschaften machen Quantenpunkte vielversprechend für Anwendungen wie Optoelektronik und Display-Technologien.

Es wird über die morphologische Kontrolle der Silica-Hülle auf CdSe/CdS-Kern/Schale-Quantenpunkt-Nanostäbchen berichtet, Erhält man einzelne oder doppelte Lappen aus Kieselsäure oder eine gleichmäßige Kieselsäurehülle. (Foto mit freundlicher Genehmigung von Joe Tracy).

Aber Quantenpunkte sind von Liganden umgeben, Das sind organische Moleküle, die hitzeempfindlich sind. Wenn die Liganden beschädigt sind, Die optischen Eigenschaften der Quantenpunkte leiden.

"Wir wollten die stäbchenförmigen Quantenpunkte mit Siliziumdioxid beschichten, um ihre chemischen und optischen Eigenschaften zu erhalten,", sagt Bryan Anderson, ein ehemaliger Doktorand. Studentin an der NC State University, die Hauptautorin einer Arbeit über die Arbeit ist. "Wie auch immer, Die präzise Beschichtung von Quantenpunkt-Nanostäbchen bringt ganz eigene Herausforderungen mit sich."

Frühere Arbeiten anderer Forschungsteams haben Wasser und Ammoniak in Lösung verwendet, um die Beschichtung von Quantenpunkt-Nanostäbchen mit Siliziumdioxid zu erleichtern. Jedoch, Diese Techniken ließen die im Verfahren verwendeten Wasser- und Ammoniakmengen nicht unabhängig voneinander kontrollieren.

Durch die unabhängige Kontrolle der verwendeten Wasser- und Ammoniakmengen, Die Forscher des NC State waren in der Lage, die Präzision von Silica-Beschichtungen, die mit früheren Methoden erreicht wurden, zu erreichen oder zu übertreffen. Zusätzlich, mit ihrem Ansatz, Das NC State-Team war in der Lage, den gesamten Silica-Beschichtungsprozess an einem einzigen Tag abzuschließen – anstatt bis zu ein bis drei Wochen, die für andere Prozesse benötigt wurden.

"Die Prozesszeit ist wichtig, Denn je länger der Prozess dauert, desto länger, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich die beschichteten Quantenpunkt-Nanostäbchen zersetzen,", sagt Joe Tracy, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaft und -technik an der NC State University und Seniorautor der Studie. "Der Faktor Zeit kann auch wichtig sein, wenn wir darüber nachdenken, diesen Prozess für Fertigungsprozesse hochzuskalieren."

Dessen ungeachtet, Forscher haben immer noch ein Problem.

Der Prozess des Aufbringens der Silica-Beschichtung ätzt die Cadmiumsulfid-Oberfläche der Quantenpunkt-Nanostäbchen, was die Länge der Nanostäbchen um bis zu vier oder fünf Nanometer verkürzt. Diese Verkürzung deutet auf eine Radierung hin, die Helligkeit des von den Quantenpunkt-Nanostäbchen emittierten Lichts reduziert.

"Wir glauben, dass Ammoniak der Übeltäter sein könnte," sagt Tracy. "Wir haben einige Ideen, die wir verfolgen, Wir konzentrierten uns darauf, wie Ammoniak durch einen anderen Katalysator ersetzt werden kann, um das Ätzen zu minimieren und die optischen Eigenschaften des Quantenpunkt-Nanostäbchens besser zu erhalten."

Das Papier, "Silica-Beschichtung von CdSe/CdS-Kern-/Schalen-Quantenpunkt-Nanostäbchen mit kontrollierter Morphologie," wird online in der Fachzeitschrift veröffentlicht Chemie der Materialien. Co-Autor des Artikels war Wei-Chen Wu, ein ehemaliger Doktorand. Studentin in Tracys Labor. Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation unter der Fördernummer DMR-1056653 durchgeführt.

Tracy hat bereits veröffentlicht Verwandte Forschung In Chemie der Materialien auf der Beschichtung von Gold-Nanostäbchen mit Silica-Schalen.