Les flacons contiennent des solutions avec des points quantiques de graphène qui émettent une fluorescence de différentes couleurs en fonction de la taille des points. Des techniques pour produire les points dans des tailles spécifiques en utilisant du charbon comme source ont été développées à l'Université Rice. Crédit :Tour Group/Rice University
Points quantiques de graphène fabriqués à partir de charbon, introduit en 2013 par le laboratoire du chimiste James Tour de l'Université Rice, peut être conçu pour des propriétés semi-conductrices spécifiques dans l'un ou l'autre des deux processus en une seule étape.
Dans une nouvelle étude publiée cette semaine dans la revue American Chemical Society Matériaux appliqués et interfaces , Tour et ses collègues ont démontré un contrôle fin de la bande interdite dépendant de la taille des points d'oxyde de graphène, la propriété qui en fait des semi-conducteurs. Les points quantiques sont des matériaux semi-conducteurs suffisamment petits pour présenter des propriétés mécaniques quantiques qui n'apparaissent qu'à l'échelle nanométrique.
Le groupe de Tour a découvert qu'ils pouvaient produire des points quantiques avec des propriétés semi-conductrices spécifiques en les triant par ultrafiltration, une méthode couramment utilisée dans la filtration de l'eau municipale et industrielle et dans la production alimentaire.
L'autre processus en une seule étape impliquait le contrôle direct de la température de réaction dans le processus d'oxydation qui a réduit le charbon en points quantiques. Les chercheurs ont découvert que des températures plus élevées produisaient des points plus petits, qui avait des propriétés semi-conductrices différentes.
Tour a déclaré que les points quantiques de graphène pourraient s'avérer très efficaces dans des applications allant de l'imagerie médicale aux ajouts aux tissus et aux tissus d'ameublement pour des couleurs plus vives et plus durables. "Les points quantiques coûtent généralement environ 1 million de dollars par kilogramme et nous pouvons maintenant les fabriquer dans une réaction peu coûteuse entre le charbon et l'acide, suivi d'une séparation. Et le charbon coûte moins de 100 $ la tonne."
Les points dans ces expériences proviennent tous du traitement de l'anthracite, une sorte de charbon. Les procédés produisent des lots de tailles spécifiques comprises entre 4,5 et 70 nanomètres de diamètre.
Les scientifiques de l'Université Rice ont produit des points quantiques de graphène produits à partir de charbon avec des bandes interdites ajustées et des propriétés photoluminescentes. Ces points quantiques, vu au microscope électronique, en moyenne 70 nanomètres de diamètre. Crédit :Tour Group/Rice University
Les points quantiques de graphène sont photoluminescents, ce qui signifie qu'ils émettent de la lumière d'une longueur d'onde particulière en réponse à une lumière entrante d'une longueur d'onde différente. La lumière émise va du vert (points plus petits) au rouge orangé (points plus gros). Parce que la couleur émise dépend aussi de la taille des points, cette propriété peut également être réglée, Tour dit. Le laboratoire a découvert que les points quantiques émettant de la lumière bleue étaient les plus faciles à produire à partir de charbon bitumineux.
Les chercheurs ont suggéré que leurs points quantiques pourraient également améliorer la détection, applications électroniques et photovoltaïques. Par exemple, les réactions catalytiques pourraient être améliorées en manipulant les bords réactifs des points quantiques. Leur fluorescence pourrait les rendre adaptés aux applications de détection de métaux ou de produits chimiques en s'accordant pour éviter toute interférence avec les émissions des matériaux cibles.
Les scientifiques de l'Université Rice ont produit des points quantiques de graphène produits à partir de charbon avec des bandes interdites ajustées et des propriétés photoluminescentes. Ces points quantiques ont un diamètre d'environ 4,5 nanomètres. Crédit :Tour Group/Rice University
