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了解制备偶联纳米晶体固体的最佳工艺

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
更好地理解支撑量子点开发技术(微小的半导体纳米晶体)的科学,可以帮助减少当前实践的猜测,因为材料科学家正在使用它们来制造更好的太阳能电池板和数字显示器。
在以溶剂为主的体系中,点被长油酸分子覆盖,这阻碍了电流的流动。过渡后,这些被连接分子取代,从而使这些点有效地导电。从左至右是溶剂主导型,过渡态和连接子主导型。图片提供:艾哈迈德·R·基曼尼
通常仅在溶液中制备出十亿分之一米的量子点,然后将其作为墨水涂覆或喷涂,以形成用于制造器件的薄导电膜。材料科学家艾哈迈德·R·基尔马尼(Ahmad R. Kirmani)说:“但是找到最好的方法是一个反复试验的问题。” 现在,他与KAUST和加拿大多伦多大学的同事一起,揭示了为什么某些众所周知的技术可以显着改善影片的性能。
 
量子点根据其大小吸收和发射不同波长的光。这意味着仅通过增大或减小晶体的尺寸,就可以将它们调整为太阳能电池板中的高效吸收体,或为显示器发出不同的颜色。
 
这些点通常是从溶液中的铅和硫中生长出来的。由于点的性质取决于其大小,因此必须在正确的位置停止其生长,这可以通过添加特殊分子来限制其生长来实现。工程师经常使用油酸分子,每个分子具有18个碳原子,这些分子附着在晶体表面(如头发)上,阻碍了生长。
 
这产生了适合于涂覆以形成膜的点的溶液。然而,由于长的酸分子阻碍了纳米晶体之间电子的流动,因此该膜并不擅长导电。因此工程师添加了较短的分子。这些“接头”每个分子仅具有约两个碳原子。连接子取代了长帽分子,从而增加了电导率。Kirmani说:“该方法已经使用了几十年,但没有人确切地调查会发生什么。”
 
为了找出答案,Kirmani的团队使用微量天平来监控过渡期间油酸对接头的交换。他们通过散射点之间的X射线来测量点之间的间距,还记录了薄膜不断变化的厚度,密度和光吸收特性。
 
他们没有看到胶片特性的平稳变化,而是看到了突然的跳跃-标志着一个相变。当几乎所有的酸分子都被连接基取代后,这些点突然靠近在一起,电导率急剧上升。
 
Kirmani希望其他团队能够受到启发,进行进一步的研究,可能是在中途停止过渡过程并将各种分子引入点表面,以查看出现了哪些新颖的特征。他说:“将这种理解带入新技术的新范例中,具有很大的潜力。”

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