Полупроводниковые наночастицы: квантовое замыкание и передовые техники синтеза

Полупроводниковые наночастицы, со всеми тремя измерениями между 1 и 20 нм, демонстрируют замечательные электронные, магнитные, каталитические и оптические поведения. Их выдающиеся свойства возникают из высокого отношения поверхность/объема и размер-индуцированного квантового замыкания.

Квантовый размерный эффект

Когда диаметр частицы приближается к экситонному Боровскому радиусу, зарядовые носители замыкаются во всех трех измерениях, устраняя степени свободы. Это замыкание заставляет непрерывную электронную зону превращаться в дискретные, квантованные уровни, тем самым расширяя эффективную запрещенную зону.

Конвенциональные синтетические подходы

Традиционные техники такие как химическое пароное осаждение (CVD) и молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE) производят наночастицы, привязанные к субстратам или встроенные в матрицы, что ограничивает их использование в растворных применениях.

Коллоидный синтез

Коллоидные пути включают выпадение нанокристаллов в гомогенном растворителе со стабилизаторами, предотвращающими агломерацию и неконтролируемый рост. Стабильность усиливается низкодиэлектрическими растворителями или стабилизаторами вроде стирол/малеиновой кислоты кополимера.

Оствальдовское созревание

Во время Оствальдовского созревания меньшие, менее стабильные кристаллы растворяются и переосаждаются на более крупных, более стабильных. Эффективное созревание требует низкой растворимости наночастиц, которую можно настроить через выбор растворителя, pH и пассивирующих агентов.

Высокотемпературный пиролиз

Для обхода низкотемпературных ограничений коллоидных методов предшественники, декомпозирующиеся при высоких температурах, инъецируются в высококипящие координирующие растворители. Например, летучие металл-алкилы такие как диметилкадмий и халькогенные источники вроде три-n-октилфосфин селенида (TOPSe) диспергируются в три-n-октилфосфине (TOP) и вводятся в горячий три-n-октилфосфин оксид (TOPO). Этот подход дает монодисперсные кристаллические частицы.

Стратегии химических предшественников

Одиночно-молекулярные предшественники, экспонирующие металл-халкогенную связь, позволяют эффективное высококачественное формирование наночастиц. Декомпозиция предшественника запускает быструю нуклеацию; последующий рост самоограничивается при истощении запаса предшественника. Резкое охлаждение реакции аррестует дальнейший рост. Нанокристаллы затем выпадают добавлением смесимого растворителя, центрифугируются и восстанавливаются как сухой порошок. Металл-комплексы алкил-тиомочевины также служат отличными предшественниками.