Language
Country/Area
No result found
Sự rực rỡ của các chấm lượng tử: Tại sao màu sắc của chúng thay đổi theo kích thước?
Chấm lượng tử (QD) là các tinh thể nano bán dẫn có kích thước từ vài nanomet, có các tính chất quang học và điện tử khác với các hạt lớn hơn do các hiệu ứng cơ học lượng tử. Những hạt bán dẫn nhỏ này hiện là chủ đề quan trọng trong khoa học vật liệu và công nghệ nano. Khi một chấm lượng tử được chiếu sáng bằng tia cực tím, các electron trong chấm lượng tử có thể được kích thích lên trạng thái năng lượng cao hơn. Quá trình này tương ứng với sự chuyển đổi của các electron từ dải hóa trị sang dải dẫn đối với các chấm lượng tử bán dẫn. Các electron bị kích thích có thể được đưa trở lại dải hóa trị, giải phóng năng lượng và phát ra ánh sáng, được gọi là hiện tượng quang phát quang.
Màu sắc của ánh sáng phụ thuộc vào sự khác biệt về mức năng lượng rời rạc giữa dải dẫn và dải hóa trị của các chấm lượng tử.
Sự thay đổi màu sắc của chấm lượng tử có liên quan chặt chẽ đến kích thước của nó. Thông thường, các chấm lượng tử có đường kính từ 5 đến 6 nanomet phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn, thường có màu cam hoặc đỏ. Các chấm lượng tử có đường kính từ 2 đến 3 nanomet phát ra các bước sóng ánh sáng ngắn hơn, chẳng hạn như màu xanh lam và xanh lục. Tuy nhiên, sự thay đổi về màu sắc cụ thể cũng bị ảnh hưởng bởi thành phần chính xác của các chấm lượng tử.
Đặc điểm của chấm lượng tử nằm giữa các chất bán dẫn lớn và các nguyên tử độc lập, và các tính chất quang điện tử của chúng thay đổi theo sự thay đổi về kích thước và hình dạng.
Với sự tiến bộ của công nghệ, các chấm lượng tử đã chứng minh được tiềm năng của chúng trong nhiều ứng dụng, bao gồm bóng bán dẫn electron đơn, pin mặt trời, điốt phát quang (LED), laser, nguồn photon đơn, tạo sóng hài thứ cấp, máy tính lượng tử, nghiên cứu sinh học tế bào , kính hiển vi và hình ảnh y tế. Hơn nữa, do kích thước rất nhỏ của các chấm lượng tử, một số thậm chí có thể lơ lửng trong dung dịch, tạo ra tiềm năng ứng dụng trong in phun và phủ quay. Tuy nhiên, công nghệ cấu trúc lõi/vỏ cũng quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất phát quang của chấm lượng tử. Các chấm lượng tử thường được phủ các phối tử hữu cơ có chuỗi hydrocarbon dài để kiểm soát sự phát triển, tránh kết tụ và thúc đẩy sự phân tán trong dung dịch, tuy nhiên các lớp phủ hữu cơ này có thể dẫn đến hiện tượng "tái hợp phi bức xạ" của quá trình phát xạ photon, làm giảm hiệu suất lượng tử ánh sáng.
Các chấm lượng tử có cấu trúc lõi/hai mảnh vỏ có thể cải thiện bước sóng phát xạ của phát quang bằng cách điều chỉnh độ dày của từng lớp cũng như kích thước tổng thể của các chấm lượng tử.
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo chấm lượng tử, trong đó có tổng hợp keo, tự lắp ráp và cổng điện. Trong số đó, tổng hợp dạng keo là phương pháp tổng hợp các tinh thể nano bán dẫn từ dung dịch, trong đó dung dịch màu sáng đầu tiên được đun nóng để thúc đẩy tiền chất khử trùng và tạo ra các tinh thể nano. Quá trình phát triển của tinh thể nano có liên quan chặt chẽ đến nồng độ, nhiệt độ và thời gian của tiền chất.
Tuy nhiên, việc chế tạo các chấm lượng tử không chỉ giới hạn ở tổng hợp keo mà còn có thể được sản xuất bằng các phương pháp pha khí như tổng hợp plasma. Quá trình này không chỉ cho phép chúng ta kiểm soát chính xác kích thước, hình dạng và thành phần của các chấm lượng tử mà còn đưa các nguyên tố pha tạp vào quá trình để cải thiện hiệu suất. Điều này cải thiện khả năng điều chỉnh và chức năng của chấm lượng tử, đồng thời triển vọng ứng dụng trong tương lai của thiết bị điện tử tiêu dùng và quang điện tử rất tươi sáng.
Với sự tiến bộ của công nghệ sản xuất chấm lượng tử, dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong các mặt hàng tiêu dùng trong tương lai, làm thế nào để đảm bảo tính an toàn của các vật liệu này về mặt môi trường và sức khỏe?
Trong xã hội ngày nay, với sự nhấn mạnh vào bảo vệ môi trường, nhiều khu vực đã áp dụng lệnh hạn chế đối với các chất sử dụng kim loại nặng, điều này cũng dẫn đến tác động của nhiều ứng dụng chấm lượng tử truyền thống. Do đó, nhiều doanh nghiệp và viện nghiên cứu đang nỗ lực phát triển vật liệu chấm lượng tử không chứa kim loại nặng, không chỉ có đặc tính phát sáng mà còn tránh được nguy cơ gây hại cho sức khỏe và môi trường của kim loại nặng truyền thống.
Tóm lại, chấm lượng tử đang dần trở thành chủ đề quan trọng trong cộng đồng công nghệ do đặc điểm quang học độc đáo của chúng, cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn trong cả hai lĩnh vực đèn LED xanh, hình ảnh y tế hoặc điện toán lượng tử. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ chấm lượng tử cảm ứng, chúng ta có thể mong đợi các ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai, nhưng đồng thời chúng ta phải đối mặt với các vấn đề về an toàn của những vật liệu này. Chúng ta đã sẵn sàng để đáp ứng thách thức này chưa?
