Les chercheurs du KAIST ont synthétisé une collection de nanoparticules, connu sous le nom de points de carbone, capable d'émettre plusieurs longueurs d'onde de lumière à partir d'une seule particule. En outre, l'équipe a découvert que la dispersion des points de carbone, ou la distance interparticulaire entre chaque point, influence les propriétés de la lumière émise par les points de carbone. La découverte permettra aux chercheurs de comprendre comment contrôler ces points de carbone et créer de nouveaux, affichages éco-responsables, éclairage, et la technologie de détection.

Recherche de nanoparticules capables d'émettre de la lumière, comme les points quantiques, est un domaine d'intérêt actif depuis une quinzaine d'années. Ces particules, ou phosphores, sont des nanoparticules constituées de divers matériaux capables d'émettre de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques en tirant parti des propriétés mécaniques quantiques des matériaux. Cela offre de nouvelles façons de développer des solutions d'éclairage et d'affichage ainsi qu'une détection et une détection plus précises dans les instruments.

À mesure que la technologie devient plus petite et plus sophistiquée, l'utilisation de nanoparticules fluorescentes a connu une augmentation spectaculaire dans de nombreuses applications en raison de la pureté des couleurs émises par les points ainsi que de leur accordabilité pour répondre aux propriétés optiques souhaitées.

Points de carbone, un type de nanoparticules fluorescentes, ont vu une augmentation de l'intérêt des chercheurs en tant que candidat pour remplacer les points sans carbone, dont la construction nécessite des métaux lourds toxiques pour l'environnement. Comme ils sont composés principalement de carbone, la faible toxicité est une qualité extrêmement attrayante lorsqu'elle est associée à l'accordabilité de leurs propriétés optiques inhérentes.

Une autre caractéristique frappante des points de carbone est leur capacité à émettre plusieurs longueurs d'onde de lumière à partir d'une seule nanoparticule. Cette émission multi-longueurs d'onde peut être stimulée sous une seule source d'excitation, permettant la génération simple et robuste de lumière blanche à partir d'une seule particule en émettant plusieurs longueurs d'onde simultanément.

Les points de carbone présentent également une photoluminescence dépendante de la concentration. En d'autres termes, la distance entre les points de carbone individuels affecte la lumière que les points de carbone émettent ensuite sous une source d'excitation. Ces propriétés combinées font des points de carbone une source unique qui se traduira par une détection et une détection extrêmement précises.

Cette concentration-dépendance, cependant, n'avait pas été entièrement compris. Afin d'utiliser pleinement les capacités des points de carbone, les mécanismes qui régissent les propriétés optiques apparemment variables doivent d'abord être découverts. Il a été précédemment théorisé que la dépendance à la concentration des points de carbone était due à un effet de liaison hydrogène.

Maintenant, une équipe de recherche KAIST, dirigé par le professeur Do Hyun Kim du Département de génie chimique et biomoléculaire a postulé et démontré que l'émissivité bicolore est plutôt due aux distances interparticulaires entre chaque point de carbone. La recherche a été publiée dans le 36e numéro de Chimie Physique Physique Chimique .

Premier auteur de l'article, doctorat candidat Hyo Jeong Yoo, avec le professeur Kim et le chercheur Byeong Eun Kwak, examiné comment l'intensité lumineuse relative des couleurs rouge et bleue a changé lors de la variation des distances interparticulaires, ou concentration, des points de carbone. Ils ont constaté que lorsque la concentration était ajustée, la lumière émise par les points de carbone se transformerait. En faisant varier la concentration, l'équipe a pu contrôler l'intensité relative des couleurs, ainsi que les émettre simultanément pour générer une lumière blanche à partir d'une seule source (voir la figure).

"La dépendance de la concentration de la photoluminescence des points de carbone sur le changement des origines émissives pour différentes distances interparticulaires a été négligée dans des recherches antérieures. Avec l'analyse du phénomène d'émission bicolore des points de carbone, nous pensons que ce résultat peut fournir une nouvelle perspective pour étudier leur mécanisme de photoluminescence, " expliqua Yoo.

La capacité nouvellement analysée de contrôler la photoluminescence des points de carbone sera probablement fortement utilisée dans le développement continu d'applications d'éclairage et de détection à semi-conducteurs.