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O brilho dos pontos quânticos: por que a cor deles muda com o tamanho?
Pontos quânticos (PQs) são nanocristais semicondutores com tamanho entre alguns nanômetros, cujas propriedades ópticas e eletrônicas diferem daquelas de partículas maiores devido a efeitos mecânicos quânticos. Essas minúsculas partículas semicondutoras são atualmente um tópico importante em nanotecnologia e ciência de materiais. Quando um ponto quântico é iluminado por luz ultravioleta, os elétrons no ponto quântico podem ser excitados para um estado de energia mais alto. Esse processo corresponde à transição de elétrons da banda de valência para a banda de condução dos pontos quânticos semicondutores. Elétrons excitados podem ser levados de volta para a banda de valência novamente, liberando sua energia e emitindo luz, o que é chamado de fotoluminescência.
A cor da luz depende da diferença nos níveis discretos de energia entre as bandas de condução e valência dos pontos quânticos.
A mudança de cor de um ponto quântico está intimamente relacionada ao seu tamanho. Normalmente, pontos quânticos com diâmetro de 5 a 6 nanômetros emitem luz de comprimento de onda maior, que geralmente é laranja ou vermelha. Pontos quânticos com diâmetro de 2 a 3 nanômetros emitem comprimentos de onda de luz mais curtos, como azul e verde. Entretanto, mudanças em cores específicas também são afetadas pela composição precisa dos pontos quânticos.
As características dos pontos quânticos estão entre grandes semicondutores e átomos independentes, e suas propriedades optoeletrônicas mudam com mudanças de tamanho e forma.
Com o avanço da tecnologia, os pontos quânticos demonstraram seu potencial em muitas aplicações, incluindo transistores de elétron único, células solares, diodos emissores de luz (LEDs), lasers, fontes de fótons únicos, geração de harmônicos secundários, computação quântica, pesquisa em biologia celular. , microscopia e imagens médicas. Além disso, devido ao tamanho minúsculo dos pontos quânticos, alguns podem até ser suspensos em solução, o que cria o potencial para aplicações em impressão jato de tinta e revestimento rotativo. No entanto, a tecnologia da estrutura núcleo/casca também é importante em termos de melhoria da eficiência de luminescência dos pontos quânticos. Os pontos quânticos são frequentemente revestidos com ligantes orgânicos com longas cadeias de hidrocarbonetos para controlar o crescimento, evitar agregação e promover dispersão em solução; no entanto, esses revestimentos orgânicos podem levar a um fenômeno de “recombinação não radiativa” de emissão de fótons, reduzindo o rendimento quântico de luz.
Pontos quânticos com estruturas de núcleo/bivalve podem melhorar o comprimento de onda de emissão da fotoluminescência ajustando a espessura de cada camada, bem como o tamanho geral dos pontos quânticos.
Atualmente, existem vários métodos para preparar pontos quânticos, entre eles a síntese coloidal, a automontagem e a ativação elétrica. Entre elas, a síntese coloidal é um método de síntese de nanocristais semicondutores a partir de uma solução, no qual uma solução de cor clara é primeiro aquecida para levar o precursor a despolimerizar e gerar nanocristais. O processo de crescimento dos nanocristais está intimamente relacionado à concentração, temperatura e tempo do precursor.
No entanto, a preparação de pontos quânticos não se limita à síntese coloidal, mas também pode ser produzida por métodos de fase gasosa, como a síntese de plasma. Esse processo não apenas nos permite controlar com precisão o tamanho, a forma e a composição dos pontos quânticos, mas também introduz elementos de dopagem no processo para melhorar o desempenho. Isso melhora a capacidade de ajuste e a funcionalidade dos pontos quânticos, e as perspectivas futuras de aplicação em eletrônicos de consumo e equipamentos optoeletrônicos são brilhantes.
Com o avanço da tecnologia de fabricação de pontos quânticos, que deverá ser mais amplamente utilizada em bens de consumo no futuro, como garantir a segurança desses materiais em termos ambientais e de saúde?
Na sociedade atual, com ênfase na proteção ambiental, muitas regiões impuseram restrições a substâncias que usam metais pesados, o que também levou ao impacto de muitas aplicações tradicionais de pontos quânticos. Portanto, muitas empresas e instituições de pesquisa estão trabalhando no desenvolvimento de materiais de pontos quânticos livres de metais pesados, que não apenas têm propriedades luminosas brilhantes, mas também evitam os potenciais danos à saúde e ao meio ambiente dos metais pesados tradicionais.
Em suma, os pontos quânticos estão gradualmente se tornando um tópico importante na comunidade tecnológica devido às suas características ópticas únicas, mostrando grande potencial de aplicação nos campos de LED azul, imagens médicas ou computação quântica. Com o avanço contínuo da tecnologia de ponto quântico indutivo, podemos esperar aplicações mais amplas no futuro, mas, ao mesmo tempo, temos que enfrentar os problemas de segurança desses materiais. Estamos prontos para enfrentar esse desafio?
