L'équipe, dirigée par le professeur Jiwoong Yang du Département de génie énergétique de la DGIST, et en collaboration avec l'équipe dirigée par le professeur Jungwon Park de l'École de génie chimique et biologique de l'Université nationale de Séoul, a déterminé l'humidité (eau) induite. mécanisme de dégradation des points quantiques de nanocristaux semi-conducteurs.

L'équipe de recherche commune a développé la plate-forme d'imagerie de nouvelle génération pour la microscopie électronique à transmission (TEM) en phase liquide in situ, qui peut être utilisée pour révéler les intermédiaires de réaction et les chemins de réaction des unités atomiques qui existent dans le processus de dégradation, franchissant ainsi une étape plus proche de la commercialisation des points quantiques nanocristaux.

Les points quantiques de nanocristaux semi-conducteurs trouvent de nombreuses applications dans divers domaines tels que la bioimagerie, les dispositifs optoélectroniques et les catalyseurs en raison de leurs caractéristiques avantageuses, notamment les bandes interdites dépendant de la taille et de la forme, le rendement élevé de la lampe et la largeur totale étroite à mi-hauteur. Cependant, ils présentent également des inconvénients tels qu'une stabilité réduite lorsqu'ils sont exposés à l'humidité et à l'oxygène par rapport aux cristaux semi-conducteurs massifs.

En conséquence, de nombreuses études sont en cours pour créer des points quantiques de nanocristaux semi-conducteurs dotés d’une stabilité améliorée face à l’impact de l’humidité et de l’oxygène. Néanmoins, le processus de développement est confronté à des défis car le mécanisme spécifique de « dégradation », qui provoque la détérioration de leurs propriétés en raison de facteurs externes, n'a pas été entièrement expliqué.

Des études ont été menées en utilisant la spectrométrie, la diffusion des rayons X et l'analyse par diffraction pour identifier le mécanisme de dégradation; cependant, ces méthodes n'ont pu identifier que les changements dans les propriétés optiques et physiques des nanocristaux lors du processus de dégradation induit par l'humidité, fournissant uniquement des informations moyennes sur les changements structurels.

De plus, il existe des limites à la révélation de l'existence de divers modèles de réaction d'unités atomiques et d'intermédiaires de réaction pouvant se produire dans des nanoparticules individuelles, car il est difficile de déterminer le mécanisme de changement structurel des nanocristaux individuels.

Ainsi, l'équipe du professeur Jiwoong Yang à la DGIST a conçu une méthode utilisant la MET en phase liquide in situ, permettant d'observer le processus de réaction de nanoparticules individuelles en temps réel. En particulier, des cellules liquides capables à la fois de contrôler la réaction et d'imagerie ultra-haute résolution en temps réel étaient nécessaires pour identifier le mécanisme de dégradation induit par l'humidité.

À cette fin, l’équipe a développé des « cellules liquides de nouvelle génération à base de graphène » qui possèdent les deux fonctions. Ces cellules liquides de nouvelle génération sont conçues pour contrôler le mélange de deux liquides différents à travers des membranes de graphène extrêmement fines.

En outre, des recherches ont été menées pour révéler le mécanisme de dégradation en utilisant le « sulfure de cadmium (CdS) », une méthode de cristallisation bien connue des points quantiques de nanocristaux. Les résultats ont révélé que les nanocristaux semi-conducteurs de « sulfure de cadmium (CdS) » subissent une décomposition en formant des intermédiaires amorphes constitués de Cd(OH)x au cours du processus de dégradation.

De plus, la présence de cet intermédiaire amorphe conduit à une structure de surface cristalline de forme irrégulière au milieu de la réaction, ce qui est différent du mécanisme de dégradation des nanocristaux métalliques précédemment étudié. Cela a confirmé l'importance de protéger la surface des nanocristaux semi-conducteurs, car la dégradation structurelle des nanocristaux semi-conducteurs induite par l'humidité est irréversible et commence à partir de la surface.

"La dégradation induite par l'humidité a été un facteur clé provoquant des difficultés dans la commercialisation des points quantiques de nanocristaux semi-conducteurs", a déclaré le professeur Jiwoong Yang du DGIST. "Le mécanisme de dégradation révélé dans cette étude devrait contribuer de manière significative au développement futur des matériaux quantiques."

L'article est publié dans la revue ACS Nano .

Plus d'informations : Hyeonjong Ma et al, Dégradation induite par l'humidité de nanocristaux semi-conducteurs de taille quantique via des intermédiaires amorphes, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c03103

Informations sur le journal : ACS Nano

Fourni par DGIST (Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk)