Nanoteknolojinin geli?imi, son y?llarda bilimsel ara?t?rmalarda ?ok ?nemli bir rol oynam??t?r. Sonsuz nanomalzemeler art?k katalizden biyot?bba kadar bir?ok alanda yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. ?e?itli nanomalzemeler aras?nda kolloidal nanokristaller en ?nemli dal malzemelerinden biri olabilir ve bir?ok alanda gü?lü uygulama beklentilerine sahiptir. Berkeley'deki California üniversitesi'nden Paul Alivisatos, nano alanda ????r a?an bir?ok ?al??ma yapt?. ünlü dergi Nano Letters [1]'in a??l?? say?s?nda b?yle bir soru sordu: Neden b?yle belirli bir ?l?ek aral??? bir tane tan?mlayabilir? Bilim ve bilimsel bir dergi? B?ylesine zorlay?c? bir nanometre ?l?e?inin ?zel noktas? nedir? Burada, kuantum noktalar?n?n (Paul Alivisatos'un kuantum nokta malzemelerinin geli?tirilmesinde ?ok ?nemli bir rol oynad??? ?ey) ?e?itli alanlardaki geli?imini ?zetleyerek bu sorunu ??zmeye ?al??mak i?in kü?ük bir dipnot derledik.

Genel olarak, kolloidal nanokristaller, ??zelti i?inde yar? kararl? bir bi?imde 1-100 nm boyutuna sahip bir kristalin par?alar?d?r. Fiziksel boyutu ve bir?ok ?zelli?in kritik boyutu, ?nemli yüzey atomik oran? ve kolloidal nanokristallerin bir?ok ?zelli?i nedeniyle boyutla ilgili benzersiz bir fenomen g?sterir [3]. Geleneksel olarak, kolloidal nanokristaller esas olarak asil metal kolloidal nanokristaller ve yar? iletken koloidal nanokristaller olarak s?n?fland?r?l?r. Klasik kuantum hapsi etkisine g?re, yar? iletken koloidal nanokristalin geometrik yar??ap?, d?kme malzemenin eksiton Boole yar??ap?ndan daha kü?ük oldu?unda, de?erlik band?n?n ve iletim band?n?n enerji seviyeleri ayr? bir da??l?m ?eklinde g?rünecektir. Boyutla ilgili olmal?d?r. Bu nedenle, klasik ?al??malar, yar??ap boyutlar? eksiton Boer yar??ap?ndan daha kü?ük veya ona yak?n olan yar? iletken nanokristallere kuantum noktalar? olarak at?fta bulunmu?tur.

?ekil 1 Kuantum noktalar?n?n yap?s? (yüzey ve ?ekirdek) [2]

?ekil 2 monodispers CdSe nanokristallerinin TEM g?rüntüsü [4]

Kuantum noktalar?n?n geli?tirilmesinin ilk a?amas?nda, ara?t?rmalar metal kalkojenitler alan?na odaklanm??t?r. 1993'te MIT'nin Bawendi grubu [4] organometalik bile?ikleri yüksek s?cakl?ktaki ??zücülere enjekte etti ve bile?ikler termal olarak ayr??t?r?ld? ve iyi da??labilirli?e sahip kadmiyum selenit (CdSe) gibi metal kalkojenitler elde etmek i?in ??zelti i?inde ?ekirdeklendi. Nanokristal. Bu yüksek kaliteli yar? iletken nanokristaller, yakla??k 1 nm ila 12 nm aral???nda bir ?ap boyutu da??l?m?na sahiptir, düzgün bir kristal yap?ya sahiptir ve boyuta ba?l? ???k emisyonu ve absorpsiyon ?zellikleri sergiler. Bu, yar? iletken nanokristal ara?t?rmalar?n?n h?zl? geli?iminde kuantum noktalar?n?n sistematik ?al??mas?n?n erken bir klasi?idir. Bununla birlikte, onlarca y?ll?k geli?tirme ara?t?rmalar?ndan sonra, kuantum noktalar? kavram? da orijinal yar? iletken nanokristallerden geni?letildi ve günümüzde, perovskite kuantum noktalar?, karbon kuantum noktalar? ve kadmiyum i?ermeyen inorganik kuantum noktalar? gibi malzemeler Ara?t?rma s?cak noktalar? haline geldi. Bu nedenle, ortaya ??kan bu malzemelerin uygulanmas? da s?z konusu olacakt?r.

?ekil 3 QLED mürekkep püskürtmeli bask? [7]

1994 gibi erken bir tarihte, P. Alivisatos ve ark. yeni organik-inorganik hibrit elektrominesans diyotlar?n üretimi i?in ilk kombine CdSe kuantum noktalar? yar? iletken polimerlerle. Ara?t?rmac?lar, yeni montaj teknikleri geli?tirerek, yük aktar?m?n? sa?layan ?ok katmanl? kuantum noktalar? olu?turdular. Geleneksel toplu inorganik yar? iletken diyotlar?n termal, kimyasal ve mekanik kararl?l?ktaki avantajlar? da korunmu?tur [5]. Bununla birlikte, bu cihazlardaki organik tabaka, fotovoltaik cihaz?n verimlili?ini do?rudan sürükleyen ?ok dü?ük ta??y?c? hareketlili?ine ve nanokristal iletkenli?e sahip olacakt?r. 2006 civar?nda, SJ Rosenthal [6] ve di?erleri, beyaz bir fosfor olarak ultra kü?ük bir CdSe nano kristali haz?rlad?lar. Kuantum noktalar?, boyut olarak ?ok düzgün ve spesifik yüzey alan?nda büyüktür; bu, nanokristallerin yüzeyinde etkile?ime giren elektronlar?n ve deliklerin olas?l???n? ?nemli ?l?üde art?r?r, b?ylece nanokristallerin Stokes kaymas? 40-50 nm'ye ula?abilir ve geni? spektrum sergileyebilir. g?rünür b?lgede emisyon ?zellikler Bu yeni beyaz fosforun icad?, kuantum nokta ???k yayan diyotlar?n (QLED'ler) uygulama beklentilerini büyük ?l?üde geni?letti. Son y?llarda, QLED prototip cihazlar?n?n laboratuvarda haz?rlanmas?, tasar?m ve mekanizma ara?t?rmalar?nda giderek olgunla?t? [7] ve geni? alanl? RGB piksel dizilerinin endüstriyel üretiminin te?viki de bir ara?t?rma etkin noktas? haline geldi. Günümüzde, mürekkep püskürtmeli bask? ve transfer bask? gibi desenleme teknolojilerinin geli?imi, QLED'in geni? alanl? g?rüntüleme teknolojisinin olgunlu?unun temelini att? ve QLED'in ticari uygulamas?n? ?nemli ?l?üde destekledi.

?ekil 4 ?n vivo optik g?rüntüleme i?in karbon noktalar? [11]

Floresans, biyolojik alanda geni? bir uygulama alan?na sahip bir ara?t?r. Geleneksel floresan boyalarla kar??la?t?r?ld???nda, kuantum noktalar?, yüksek emisyon parlakl???, büyük molar s?nme katsay?s? ve geni? absorpsiyon spektrumu ?zelliklerine sahiptir ve floresan boyalar?n veya floresan proteinlerin yerine kullan?labilir. P. Alivisatos ve ark. [8], biyomedikal g?rüntüleme i?in floresan problar olarak kuantum noktalar?n?n uygulamas?n? a?an 1998'de fibroblast etiketlemesi i?in kuantum noktalar?n? kulland?. Nie Shuming'in ara?t?rma ekibi, g?rüntüleme alan?nda da ?ncü ?al??malar yapt?. Ara?t?rma ekibi, ultra hassas izotopik olmayan izleme elde etmek i?in yaln?zca ?inko sülfür/kadmiyum selenit ?ekirdek-kabuk kuantum noktalar?n?n biyomakromoleküllerle kovalent ba?lanmas?n? kullanmakla kalmad? [9], ayn? zamanda canl? hayvanlarda ilk kez ger?ekle?tirdiler. Tüm?r hedefleme ve g?rüntüleme ?al??malar? [10], kuantum nokta hastal??? i?in tan?sal ?al??malar geli?tirmi?tir. ?norganik nanokristaller, ?zellikle kadmiyum bazl? nanokristaller organizmalar üzerinde toksik etkilere neden olabilir, bu nedenle mükemmel biyouyumluluk ile kuantum noktalar?n?n sentezi bir ara?t?rma noktas? olmu?tur. ?rne?in, sentetik bak?r bazl? veya gümü? bazl? kuantum noktalar? üzerinde yap?lan ara?t?rmalar, malzemelerin biyolojik toksisitesini etkili bir ?ekilde azaltabilir. Ayr?ca metal i?ermeyen kuantum noktalar?n?n geli?tirilmesi de ?nemli bir stratejidir. Ya-Ping Sun ve di?erleri taraf?ndan sentezlenen karbon noktalar?. farelere enjeksiyondan sonra hala kayda de?er floresan yo?unlu?unu korur [11]. Toksisiteye ek olarak, yak?n k?z?l?tesi biyo-optik pencerelere daha iyi uyum sa?lamak i?in kuantum noktalar?n?n emisyon b?lgesini optimize etmek de nanokristal t?bbi uygulamalar i?in bir zorluktur.

?ekil 5 Grafen kuantum noktalar?n?n singlet oksijen üretim mekanizmas? [13]

Fotodinamik terapi art?k FDA onayl? bir kanser tedavi program?na d?nü?mü?tür. Genel olarak, ????a duyarl?la?t?r?c? ila?lar, tüm?r hücrelerini ?ldüren reaktif oksijen türleri üretmek i?in vücutta uyar?l?r. Bununla birlikte, ????a duyarl?la?t?r?c?n?n suda ??zünürlü?ü zay?ft?r ve vücutta birikme nedeniyle fotokimyasal aktiviteyi kaybetme e?ilimindedir. 2003 y?l?nda, Burda ekibi [12] ilk olarak CdSe kuantum noktalar?n?n bir ????a duyarl?la?t?r?c? olarak geli?me potansiyelini a??klad?. Kuantum noktalar?n?n optik ?zellikleri, enerjiyi verimli bir ?ekilde aktaran gü?lü bir foton so?urucu oldu?unu ve yüzey i?levselle?tirmesinin vücuttaki da??l?m? artt?rd???n? belirler. ?in Bilimler Akademisi Fizik ve Kimya Enstitüsü'nden Wang Pengfei ve Hong Kong ?ehir üniversitesi'nden Wenjun Zhang'?n ortak ekibi [13] toksisite sorununu ??zmek i?in grafen kuantum noktalar?n?n verimli bir ?ekilde singlet üretebildi?ini buldu. oksijen ve tüm?rleri ?ldürmek i?in canl? tüm?rler üzerinde hareket eder. Ek olarak, son ara?t?rmalar, kuantum nokta materyallerini tüm?r fototermal tedavisi ve radyasyon tedavisinin uygulanmas?na geni?letti.

?ekil 6 Yapay fotosentez alan?nda kuantum noktalar?n?n uygulama avantajlar? [14]

Kuantum hapsi etkisine g?re, kuantum noktalar?n?n bant aral???, uygun bir y?ntemle yapay olarak ayarlanabilir, b?ylece kuantum noktalar?n?n absorpsiyon emisyon b?lgesi, kar??l?k gelen toplu malzemeler ve moleküler ile kar??la?t?r?ld???nda tüm g?rünür ???k spektral aral???n? kapsayabilir. boyalar. Ayr?ca, kuantum noktalar?n?n eksiton üretimi ve yük ay?rma etkileri daha kontrol edilebilir oldu?undan, kuantum noktalar?n?n kataliz alan?nda uygulanmas? da ?ok ?nemli bir konudur. 1980'lerde, kuantum noktalar?n?n platin veya rutenyum oksit [15] ve di?er promot?rlere modifikasyonu üzerine yap?lan ara?t?rmalar hidrolizi katalize edebilir. O zamandan beri, ara?t?rmac?lar kuantum nokta tabanl? yapay fotosentez olu?turmak ve performans?n? sürekli olarak optimize etmek i?in ?al???yorlar. 2012 y?l?nda kuantum nokta katalitik sistemlerin fotokatalitik hidrojen üretiminde ?nemli bir at?l?m yap?ld?. Krauss et al. [16], CdSe kuantum noktalar?n?n lipoik asit ile kaplanmas?ndan sonra, kuantum noktalar?n?n, hibrit bir katalitik sistem olu?turmak i?in nikel iyon-lipoik asit sistemine kolayca ba?land???n? buldu. G?rünür ???k ???mas? alt?nda, bu sistem aktif hidrojen üretimini en az 360 saat (36%'ye kadar kuantum verimi) sürdürebilir ve bu da de?erli olmayan metal kataliz?rlerin uygulama beklentilerini büyük ?l?üde iyile?tirir. ?imdiye kadar, onlarca y?ll?k yapay fotosentez sistemlerinin geli?tirilmesinden sonra, seri üretim ve büyük ?l?ekli kullan?m? ke?fetme a?amas?na girdikten sonra, kuantum noktalar?, sat?n alma kayna?? ve üretim maliyeti a??s?ndan de?erli metallere g?re avantajlar sa?lad?, ancak kadmiyum i?ermeyen geli?imin geli?tirilmesi. ?evre dostu ve g?rünür ????a duyarl? kuantum noktalar? (?inko selenit kuantum noktalar? gibi), yeni enerji d?nü?üm sistemlerinin uygulanmas? i?in bir zorluk olmaya devam ediyor.

?ekil 7 Bizmut-kur?unlu halojenür perovskit kuantum noktalar?n?n yap?s? ve ?zellikleri [17]

?imdiye kadar, metal sülfür nanokristaller en iyi geli?tirilmi? ve en derinlemesine kuantum nokta malzemeleridir ve en geni? uygulama alan?na sahiptirler. Son be? y?lda, perovskite kristal yap?ya sahip kuantum noktalar?, yeni ortaya ??kan bir ara?t?rma s?cak noktas? haline geldi. Bu yeni kuantum noktas? türü art?k bir metal sülfür de?il. Bunun yerine, bir metal halojenürdür. Perovskite yap?ya sahip bir metal halojenür, geleneksel kuantum noktalar?nda mevcut olmayan süper iletkenlik ve ferroelektrik ?zellikler gibi benzersiz ?zellikler sergiler. En eski organik-inorganik hibrit perovskit nanokristalleri, bu malzemenin geli?imini s?n?rlayan oksijen ve nem gibi ?evresel fakt?rlere a??r? duyarl? olma dezavantaj?na sahiptir. Hemen hemen ayn? zamanda, Kovalenko'nun ara?t?rma grubu [17] 2014 y?l?nda tamamen inorganik bizmut-kur?unlu halojenür perovskit kuantum noktalar?n?n haz?rlanmas?na ?ncülük etti. Bu kolloidal kuantum nokta, kübik bir perovskite kristal yap?ya sahipken, eksiton Bohr yar??ap? 12'yi ge?mez. nm ve bu nedenle boyutsal olarak ili?kili spektral ?zellikler sergiler. Ortaya ??kan bu malzeme, kuantum noktalar?n?n potansiyel uygulamalar?n? geni?letmek i?in kuantum noktalar?n?n ve perovskite malzemelerin avantajlar?n? birle?tirir. Ge?ti?imiz bir veya iki y?lda, perovskite kuantum noktalar? yaln?zca fotovoltaik hücrelerde ve optoelektronik g?rüntüleme cihazlar?nda kullan?lmad?, henüz üretilmedi. Yeni lazer malzemeleri [18] yeni stratejiler sunuyor.

Kuantum noktalar?, s?zde nanomalzemelerin "boyut etkisini" a??klamak i?in temsili malzemelerdir. Optoelektronik cihazlardan fotokatalize ve biyolojik alg?lamaya kadar giderek daha fazla alanda, hemen hemen ?imdiki ve Gelece?in günlük ihtiya?lar?n? kapsayan daha geni? bir ?ekilde uygulanmaktad?rlar. Bununla birlikte, alan s?n?rlamalar? nedeniyle, silikon kuantum noktalar? gibi bir?ok kuantum nokta ailesi üyesi malzemelerden bahsedilmemi?tir ve malzeme uygulamalar?n?n tan?t?m? temsili ara?t?rmalarda kalm??t?r. Bu klasik ara?t?rma paradigmalar?n? ?zetleyerek, kuantum noktalar?n?n geli?iminin bir dereceye kadar ?zetlenebilmesi beklenmektedir.

Referanslar

Nano Letters'a ho? geldiniz. Nano Harfler. 2001, 1, 1.

? R. Kagan, E. Lifshitz, EH Sargent, et al. Kolloidal kuantum noktalar?ndan cihazlar in?a etmek. Bilim. 2016, 353(6302), aac5523.

? Peng. Kolloidal Nanokristallerin Sentetik Kimyas? üzerine Bir Deneme. Nano Ara?t?rma. 2009, 2, 425-447.

? B. Murray, DJ Norris, MG Bawendi. Neredeyse Monodispers CdE(E = S, Se, Te) Yar? ?letken Nanokristallerin Sentezi ve Karakterizasyonu. J. Am. Kimya Soc. 1993, 115, 8706-8715.

? L. Colvin, MC Schlamp, AP Alivisatos. Kadmiyum selenit nanokristallerinden ve yar? iletken polimer Nature'dan yap?lm?? ???k yayan diyotlar. 1994, 370, 354-357.

? J. Bowers, JR McBride, SJ Rosenthal. Sihirli Boyutlu Kadmiyum Selenid Nanokristallerinden Beyaz I??k Emisyonu. J. Am. Kimya Soc. 2006, 127, 15378-15379.

? Dai, Y. Deng, X. Peng, et al. Geni? Alanl? Ekranlar i?in Kuantum Nokta I??k Yayan Diyotlar: Ticarile?menin ?afa?a Do?ru. Geli?mi? Malzemeler, 2017, 29, 1607022.

? Bruchez, M. Moronne, P. Gin, et al. Floresan Biyolojik Etiketler olarak Yar? ?letken Nanokristaller. Bilim 1998, 281, 2013-2016.

? CW Chan, S. Nie. Ultra Hassas ?zotopik Olmayan Tespit i?in Kuantum Nokta Biyokonjugatlar?. Bilim, 1998, 281, 2016-2018.

? Gao, Y. Cui, RM Levenson, et al. Yar? iletken kuantum noktalar?yla in vivo kanser hedefleme ve g?rüntüleme. Nat. Biotech., 2004, 22, 969-976.

? ST. Yang, L. Cao, PG Luo, et al. Vivo'da Optik G?rüntüleme i?in Karbon Noktalar?. Ben. Kimya Soc. 2009, 131, 11308-11309.

? CS Samia, X. Chen, C. Burda. Fotodinamik Terapi i?in Yar? ?letken Kuantum Noktalar?. J. Am. Kimya Soc., 2003, 125, 15736-15737.

? Ge, M. Lan, B. Zhou ve ark. Yüksek singlet oksijen üretimine sahip bir grafen kuantum nokta fotodinamik terapi ajan?. Nat. Komün. 2014, 5, 4596.

? XB. Li, CH. Tung, LZ. Wu. Yapay fotosentez i?in yar? iletken kuantum noktalar?. Rev. Kimya 2018, 2, 160-173.

? Kalyanasundaram, E. Borgarello, D. Duonghong, et al. Kolloidal CdS ??zeltilerinin G?rünür I??k I??nlamas? ile Suyun B?lünmesi; RuO2 ile Fotokorozyonun Engellenmesi. Ange. Kimya Int. Ed. 1981, 20.

? Han, F. Qiu, R. Eisenberg, et al. Yar? ?letken Nanokristaller ve Nikel Kataliz?r Kullanarak Suda H2'nin Sa?lam Fotojenerasyonu. Bilim 2012, 338, 1321-1324.

? Protesescu, S. Yakunin, MI Bodnarchuk, et al. Sezyum Kur?un Halide Perovskitlerin Nanokristalleri (CsPbX3, X = Cl, Br ve I): Geni? Renk Gam? ile Parlak Emisyon G?steren Yeni Optoelektronik Malzeme. Nano Lett. 2015, 15, 3692-3696.

? Wang, X. Li, J. Song, et al. Tümüyle ?norganik Kolloidal Perovskite Kuantum Noktalar?: Uygun Karakteristiklere Sahip Yeni Bir Lazer Malzemesi S?n?f?. Geli?mi? Malzemeler, 2015, 27, 7101-7108.