KAIST-onderzoekers hebben een verzameling nanodeeltjes gesynthetiseerd, bekend als koolstofpunten, in staat om meerdere golflengten van licht uit een enkel deeltje uit te zenden. Aanvullend, ontdekte het team dat de verspreiding van de koolstofstippen, of de afstand tussen de deeltjes tussen elke stip, beïnvloedt de eigenschappen van het licht dat de carbon dots uitstralen. De ontdekking zal onderzoekers in staat stellen te begrijpen hoe deze koolstofstippen kunnen worden gecontroleerd en nieuwe, milieuvriendelijke displays, verlichting, en sensortechnologie.

Onderzoek naar nanodeeltjes die licht kunnen uitstralen, zoals kwantumdots, is de afgelopen anderhalf jaar een actief aandachtsgebied geweest. Deze deeltjes, of fosforen, zijn nanodeeltjes gemaakt van verschillende materialen die in staat zijn om licht uit te zenden op specifieke golflengten door gebruik te maken van de kwantummechanische eigenschappen van de materialen. Dit biedt nieuwe manieren om verlichtings- en displayoplossingen te ontwikkelen, evenals nauwkeurigere detectie en detectie in instrumenten.

Naarmate de technologie kleiner en geavanceerder wordt, het gebruik van fluorescerende nanodeeltjes heeft in veel toepassingen een dramatische toename gezien vanwege de zuiverheid van de kleuren die door de stippen worden uitgezonden, evenals hun afstembaarheid om aan de gewenste optische eigenschappen te voldoen.

Koolstof stippen, een soort fluorescerende nanodeeltjes, hebben een toename van de interesse van onderzoekers gezien als kandidaat om niet-koolstofstippen te vervangen, waarvan de constructie zware metalen vereist die giftig zijn voor het milieu. Omdat ze voornamelijk uit koolstof bestaan, de lage toxiciteit is een buitengewoon aantrekkelijke kwaliteit in combinatie met de afstembaarheid van hun inherente optische eigenschappen.

Een ander opvallend kenmerk van koolstofstippen is hun vermogen om meerdere golflengten van licht uit te zenden uit een enkel nanodeeltje. Deze emissie met meerdere golflengten kan worden gestimuleerd onder een enkele excitatiebron, waardoor de eenvoudige en robuuste generatie van wit licht van een enkel deeltje mogelijk is door meerdere golflengten tegelijk uit te zenden.

Koolstofstippen vertonen ook een concentratieafhankelijke fotoluminescentie. Met andere woorden, de afstand tussen individuele carbon dots beïnvloedt het licht dat de carbon dots vervolgens uitstralen onder een excitatiebron. Deze gecombineerde eigenschappen maken carbon dots tot een unieke bron die zal resulteren in extreem nauwkeurige detectie en detectie.

Deze concentratie-afhankelijkheid, echter, niet helemaal begrepen. Om de mogelijkheden van carbon dots volledig te benutten, de mechanismen die de schijnbaar variabele optische eigenschappen bepalen, moeten eerst worden blootgelegd. Eerder werd getheoretiseerd dat de concentratie-afhankelijkheid van koolstofstippen te wijten was aan een waterstofbindingseffect.

Nutsvoorzieningen, een KAIST-onderzoeksteam, onder leiding van professor Do Hyun Kim van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering heeft geponeerd en aangetoond dat de tweekleurige emissie in plaats daarvan te wijten is aan de interdeeltjesafstanden tussen elke koolstofstip. Het onderzoek is gepubliceerd in het 36e nummer van Fysische chemie Chemische fysica .

Eerste auteur van het artikel, doctoraat kandidaat Hyo Jeong Yoo, samen met professor Kim en onderzoeker Byeong Eun Kwak, onderzocht hoe de relatieve lichtintensiteit van de rode en blauwe kleuren veranderde bij het variëren van de interdeeltjesafstanden, of concentratie, van de koolstofpunten. Ze ontdekten dat naarmate de concentratie werd aangepast, het licht dat door de koolstofpunten wordt uitgezonden, zou transformeren. Door de concentratie te variëren, het team was in staat om de relatieve intensiteit van de kleuren te controleren, en zend ze tegelijkertijd uit om een ​​wit licht van een enkele bron te genereren (zie afbeelding).

"De concentratie-afhankelijkheid van de fotoluminescentie van koolstofstippen op de verandering van de emissieve oorsprong voor verschillende afstanden tussen de deeltjes is in eerder onderzoek over het hoofd gezien. Met de analyse van het tweekleurige emissie-fenomeen van koolstofstippen, we geloven dat dit resultaat een nieuw perspectief kan bieden om hun fotoluminescentiemechanisme te onderzoeken, ' legde Yo uit.

Het nieuw geanalyseerde vermogen om de fotoluminescentie van koolstofstippen te beheersen, zal waarschijnlijk zwaar worden gebruikt bij de verdere ontwikkeling van solid-state verlichtingstoepassingen en -detectie.