О полупроводниковых наночастицах

Наночастицы полупроводниковых материалов имеют все три измерения в диапазоне 1–20 нм и обладают новыми электронными, магнитными, каталитическими и оптическими свойствами. Это связано с их большим отношением площади к объему и уменьшенным размером. Когда диаметр частицы приближается к диаметру экситона Бора, носители заряда ограничиваются в трех измерениях с нулевыми степенями свободы. В результате геометрических ограничений электрон ощущает границы частицы и реагирует на размер частицы, регулируя ее энергию. Это явление, известное как квантовый размерный эффект, заставляет непрерывную полосу твердого тела разделяться на дискретные квантованные уровни и увеличивать «ширину запрещенной зоны».
Методы приготовления
Были использованы традиционные методы, такие как химическое осаждение из паровой фазы и методы молекулярно-лучевой эпитаксии, но они имеют ограничения, поскольку они производят частицы, которые прикрепляются к подложке или внедряются в матрицу, тем самым ограничивая их возможности в применении.
Коллоидный доступ
Коллоидный доступ к наночастицам достигается путем проведения реакции осаждения в гомогенном растворе в присутствии стабилизаторов, роль которых заключается в предотвращении агломерации и дальнейшего роста. Коллоидную стабильность роста кристаллов можно улучшить, используя растворители с низкими диэлектрическими постоянными или стабилизаторы, такие как сополимер стирола и малеиновой кислоты.
Созревание по Оствальду
В процессе, известном как созревание Оствальда, мелкие кристаллы, которые менее стабильны, растворяются, а затем перекристаллизовываются на более крупные и более стабильные кристаллы. Чтобы этот метод был эффективным, наночастицы должны иметь низкую растворимость, что может быть достигнуто путем разумного выбора растворителя, pH и пассивирующего агента.
Пиролиз
Проблемы, связанные с низкотемпературным коллоидным путем, могут быть преодолены путем введения предшественников, которые подвергаются пиролизу при высокой температуре, в координирующий растворитель с высокой температурой кипения. В этом способе используются летучий металл-алкил (диметилкадмий) и три-н-октилфосфинселенид (TOPSe), являющийся источником халькогена, диспергированные в три-н-октилфосфине (TOP) и вводимые в горячий TOPO (три-н-октилфосфиноксид). Частицы, полученные этим методом, являются монодисперсными и кристаллическими.
Химические пути
Альтернативный химический путь к наночастицам с использованием одномолекулярных предшественников, в которых имеется связь металл-халькогенид, оказался очень эффективным путем к высококачественным наночастицам. Разложение прекурсора приводит к образованию наночастиц с прекращением роста, которое происходит, когда запас прекурсора заканчивается. После первоначальной инъекции происходит быстрое зародышеобразование, за которым следует контролируемый рост ядер. Когда наночастицы достигают желаемого размера, дальнейший рост останавливается за счет быстрого охлаждения раствора. Нанокристаллы изолированы от ростового раствора путем добавления другого растворителя, который смешивается с исходным растворителем. Полученный мутный раствор центрифугируют, и наночастицы выделяют в виде порошка. Металлические комплексы алкилтиомочевин также оказались очень хорошими предшественниками для синтеза наночастиц.