Введение

По сравнению с органическими молекулами и другими излучающими соединениями (например, органическими флуоресцентными красителями, фосфорами на основе редкоземельных элементов и т.д.), КТ имеют более узкие спектры испускания, значительно более широкие спектры возбуждения, отличаются гораздо более высокой фотостабильностью. Основное преимущество КТ - возможность настраивать цвета излучения путем изменения только размера КТ [ CITATION Ром \l 1049 ].

Цели работы

Провести литературный обзор о понятии КТ, их видах и свойствах, а также осуществить синтез многослойных КТ и исследовать их физико-химическим методами анализа.

Задачи

Изучение понятия КТ

Поиск литературы о свойствах КТ

Осуществление литературного обзора по видам КТ

Изучение методов и методик синтеза КТ

Определение

Квантовые точки — это искусственные наноструктуры полупроводников, в которых носители заряда, то есть электроны, дырки или пары электрон - дырка — так называемые экситоны - ограничены во всех трех пространственных измерениях. В результате такие системы проявляют квантово-размерные свойства.

КТ в настоящее время составляют предмет интенсивных исследований для широкого диапазона областей применения, таких как преобразование солнечной энергии и молекулярная и клеточная визуализация[CITATION Шеш \l 1049 ].

Классификация

В настоящее время свойства КТ активно изучаются для различных приложений. Однако наибольший интерес вызывают люминесцентные свойства КТ. Это связано в первую очередь с широким спектром флуоресценции КТ, изготовленных из разных материалов – от инфракрасного до ультрафиолетового.

Таблица 1 – Свойства КТ

Свойства	Характеристики
Высокая фотостабильность	Это способность молекул сохранять свою стабильность при солнечном облучении. Позволяет увеличивать мощность излучения КТ, что способствует длительному наблюдению за КТ в данной системе.
Высокий квантовый выход люминесценции	Это отношение числа испускаемых при люминесценции квантов к числу поглощенных квантов возбуждающего света. Обуславливает высокую флуоресценцию КТ.
Зависимость спектра излучения от размера КТ	Позволяет перестраивать спектр излучения в широком диапазоне длин волн за счет изменения состава, размера, формы и структуры частиц
Эффект мерцания люминесценции	КТ спонтанно обратимо переходить в безызлучательное состояние из излучательного состояния. Время такого состояния колеблется от миллисекунд до минут. Это свойство снижает эффективность люминесценции и ограничивает применение КТ.
Широкая полоса возбуждения	Позволяет возбуждать КТ разных цветов разными одним источником возбуждения

Классификация КТ

По составу: широкозонные, среднезонные и узкозонные

По форме: сферические, эллиптические, со сложной геометрической формой

Многокомпонентные КТ: легированные, КТ на основе твёрдых растворов, КТ на основе гетеропереходов

КТ вида «ядро/многослойная оболочка»

Многослойные КТ представляют собой коллоидные нанокристаллы, состоящие из ядер CdSe, защищенных, например, двойными неорганическими оболочками, пример: CdSe/CdS/ZnS. В соответствии с примером внешняя оболочка из ZnS обеспечивает эффективное ограничение волновых функций электронов и дырок внутри нанокристалла, а также высокую фотохимическую стабильность, то есть в КТ ядро-оболочка-оболочка создаётся надежная локализации носителей заряда в люминесцентном ядре CdSe, поскольку толщина каждого слоя оболочки составляет ровно один слой соответствующего материала. При этом условии потенциал локализации носителей заряда, создаваемый каждым слоем, максимален. В то же время, поскольку толщина каждого слоя оболочки минимальна, напряжение на каждой границе раздела между различными материалами уменьшается[CITATION Lin \l 1049 ].

Введение средней оболочки CdS, размещающейся между ядром CdSe и внешней оболочкой из ZnS, позволяет значительно снизить деформацию внутри нанокристаллов, поскольку CdS имеет параметр решетки, промежуточный по сравнению с параметрами решетки CdSe и ZnS, в отличие от КТ CdSe / ZnS ядро-оболочки. В нанокристаллах ядро-оболочка-оболочка оболочка ZnS растет практически без дефектов. Благодаря введению оболочки CdS нанокристаллы ядро-оболочка-оболочка демонстрируют эффективность флуоресценции и фотостабильность, превышающую параметры нанокристаллов CdSe / ZnS[CITATION 17T \l 1049 ].

Поскольку ключевой характеристикой таких КТ является наличие широкой оболочки CdS, которая обеспечивает надежную экранировку люминесцентных ядер CdSe от окружающей среды, такие квантовые точки вряд ли подходят для биомедицинского использования, поскольку они относительно большие (обычно более 10 нм в диаметре) и, что еще более важно, имеют кадмийсодержащую оболочку, которая медленно растворяется в водной среде и выделяет токсичный Cd^2+. ионы в окружающую среду [CITATION Lin \l 1049 ].

Физические свойства квантовых точек «ядро/многослойная оболочка» можно варьировать, изменяя либо природу материала, либо размер ядра и толщину оболочки [CITATION Lin \l 1049 ], [ CITATION Ром \l 1049 ].

Водный коллоидный синтез

Способ коллоидного синтеза люминесцентных полупроводниковых КТ структуры ядро/многослойная оболочка направлен на получение высокостабильных КТ с высокой эффективностью флуоресценции.

Метод коллоидного синтеза многослойных квантовых точек включает 6 этапов:

Приготовление прекурсоров.

В статье [ CITATION Маз \l 1049 ] был приготовлен прекурсор селена

4NaBH₄ + 2Se + 7H₂O → 2NaHSe + Na₂B₄O₇ + 14H₂O4

Синтез ядер, включающий нагрев прекурсора металла до ≈ 100°С, впрыск прекурсора халькогена, синтез в течение часа

Очистка ядер, включающая добавление к реакционной смеси с синтезированными ядрами КТ осадителя в объеме, равном исходному объему реакционной смеси, центрифугирование и растворение ядер КТ в неполярном растворителе.

Модификация поверхностных ядра

Наращивание оболочек

Модификация оболочек

В результате ВКС возможен синтез высокостабильных гидрофильных КТ с высокой эффективностью флуоресценции.

Заключение

Было изучено понятие КТ

Произведен поиск литературы по свойствам КТ

Осуществлен литературный обзор по видам КТ

Изучены методы и методики синтеза КТ

Список литературы

[1]	«Романова К. А., Галяметдинов Ю. Г. Теоретическое исследование особенностей свойств квантовых точек «Ядро/оболочка/оболочка» CdSe/CdS/ZnS и CdSe/ZnSe/ZnS //Вестник Казанского технологического университета. – 2017. – Т. 20. – №. 18.»
[2]	«Шешин Е. П. ХАРАКТЕРИСТИКА КВАНТОВЫХ ТОЧЕК».
[3]	Linkov P. et al. Optical Properties of Quantum Dots with a Core–Multishell Structure //JETP Letters. – 2019. – Т. 109. – №. 2.
[4]	Talapin D. V. et al. CdSe/CdS/ZnS and CdSe/ZnSe/ZnS Core− Shell− Shell Nanocrystals //The Journal of Physical Chemistry B. – 2004. – Т. 108. – №. 49. – С. 18826-18831.
[5]	«Мазинг Д. С. и др. Синтез коллоидных квантовых точек селенида кадмия в водной среде //Известия Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ. – 2014. – №. 7. – С. 15-19.»

Код для цитирования: Скопировать