Les points quantiques émettent une fluorescence dans une gamme de couleurs sous une lumière UV dans le laboratoire du professeur de chimie Todd Krauss. Crédit :Université de Rochester photo / J. Adam Fenster
Depuis plus de 30 ans, les chercheurs ont créé des points quantiques - minuscules, cristalline, semi-conducteurs à l'échelle nanométrique aux propriétés optiques et électroniques remarquables.
Ils les ont appliqués pour améliorer les téléviseurs, par exemple, pour rehausser considérablement la couleur. Une foule d'autres applications sont à l'étude, impliquant des circuits intégrés, cellules solaires, l'informatique, l'imagerie médicale, et impression jet d'encre, entre autres.
Mais la synthèse des points quantiques s'est produite en grande partie par essais et erreurs, parce que peu de choses ont été comprises sur la façon dont les produits chimiques impliqués dans la fabrication des points quantiques - certains hautement toxiques - interagissent réellement pour former les nanoparticules résultantes.
Cela est peut-être sur le point de changer. Dans un journal en Communication Nature , Todd Krauss, professeur et président du Département de chimie de l'Université de Rochester, et doctorante Leah Frenette, l'auteur principal, décrivent les mécanismes sous-jacents impliqués dans la formation d'une classe largement utilisée de points quantiques qui utilisent des composés de cadmium et de sélénium comme précurseurs moléculaires.
Ironiquement, l'équipe a découvert que, à un moment donné de ce processus, le plus sûr, les composés plus contrôlables actuellement utilisés se décomposent en les mêmes composés hautement toxiques qui ont été utilisés dans la production initiale de points quantiques il y a 30 ans.
Le professeur de chimie Todd Krauss (à gauche) et l'étudiante diplômée Leah Frenette sont représentés avec des points quantiques dans le laboratoire de Krauss à Hutchison Hall. Les deux ont décrit les mécanismes sous-jacents impliqués dans la production de points quantiques. Crédit :J. Adam Fenster
"Nous sommes essentiellement retournés vers le futur avec notre découverte, " dit Krauss. " Ce que Leah a découvert était, pendant la réaction de synthèse de points quantiques, les composés actuellement utilisés se décomposent en produits chimiques que nous essayons d'éviter depuis des décennies, qui réagissent ensuite pour former les points quantiques."
Les résultats, Krauss dit, constituer une « découverte fondamentale » qui pourrait potentiellement :
Points quantiques, qui présentent des propriétés intermédiaires entre les semi-conducteurs massifs et les molécules simples, sont des matériaux particulièrement intéressants car ils ont des propriétés hautement « accordables ». Par exemple, les points quantiques plus grands émettent des longueurs d'onde plus longues, produire des rouges et des oranges. Les points plus petits émettent des longueurs d'onde plus courtes résultant en des bleus et des verts, bien que les couleurs et les tailles spécifiques varient en fonction de la composition exacte du point quantique.
Une boîte quantique a la stabilité chimique et photochimique des minéraux, mais a une couche de molécules organiques à l'extérieur qui « lui permet d'être manipulé comme vous le feriez avec de petites molécules en solution. Vous pouvez les vaporiser, vous pouvez les enduire sur des surfaces, vous pouvez les mélanger, et faire toutes les chimies différentes avec eux, " dit Todd Krauss, professeur et titulaire de la chaire de chimie. Crédit :Michael Osadciw
"Vous changez la température, vous modifiez les concentrations de précurseurs, vous changez le volume de la fiole, tu changes le solvant, et finalement vous trouvez la bonne combinaison de facteurs qui vous donnent des particules (points) de haute qualité, " dit Krauss.
Il compare les approches synthétiques actuelles à un audiophile ajustant les boutons des aigus et des graves sur un système de son, sans aucune compréhension profonde des ondes sinusoïdales.
"Cela fonctionne. Mais à un moment donné, nous pensons que vous devez comprendre exactement comment les points sont faits, et c'est ce qui conduira à de futures percées pour les rendre considérablement meilleurs, " dit Krauss.
