Een methode om aanzienlijke hoeveelheden halfgeleidende nanodeeltjes te produceren voor lichtgevende displays, sensoren, zonnepanelen en biomedische toepassingen zijn in een stroomversnelling geraakt met een demonstratie door onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy.

Terwijl zinksulfide-nanodeeltjes - een soort kwantumdot die een halfgeleider is - veel potentiële toepassingen hebben, hoge kosten en beperkte beschikbaarheid zijn obstakels geweest voor het wijdverbreide gebruik ervan. Dat zou kunnen veranderen, echter, vanwege een schaalbare ORNL-techniek beschreven in een paper gepubliceerd in Toegepaste microbiologie en biotechnologie .

In tegenstelling tot conventionele anorganische benaderingen die dure voorlopers gebruiken, giftige chemicaliën, hoge temperaturen en hoge drukken, een team onder leiding van ORNL's Ji-Won Moon gebruikte bacteriën gevoed door goedkope suiker bij een temperatuur van 150 graden Fahrenheit in reactoren van 25 en 250 gallon. uiteindelijk, het team produceerde ongeveer driekwart pond zinksulfide nanodeeltjes - zonder procesoptimalisatie, waardoor er ruimte is voor nog hogere opbrengsten.

De ORNL-bioproductietechniek is gebaseerd op een platformtechnologie die ook halfgeleidende materialen van nanometergrootte kan produceren, evenals magnetische, fotovoltaïsch, katalytische en fosformaterialen. In tegenstelling tot de meeste biologische synthesetechnologieën die in de cel voorkomen, ORNL's biogefabriceerde quantum dot-synthese vindt plaats buiten de cellen. Als resultaat, de nanomaterialen worden geproduceerd als losse deeltjes die gemakkelijk te scheiden zijn door eenvoudig wassen en centrifugeren.

De resultaten zijn bemoedigend, volgens Maan, die ook opmerkte dat de ORNL-aanpak de productiekosten met ongeveer 90 procent verlaagt in vergelijking met andere methoden.

"Omdat bioproductie de diameter van de kwantumdot kan beheersen, is het mogelijk om een ​​breed scala aan specifiek afgestemde halfgeleidende nanomaterialen te produceren, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder elektronica, toont, zonnepanelen, computer geheugen, energie opslag, gedrukte elektronica en bio-imaging, ' zei Maan.

Succesvolle biofabricage van lichtemitterende of halfgeleidende nanodeeltjes vereist het vermogen om materiaalsynthese op nanometerschaal te controleren met voldoende hoge betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en opbrengst kosteneffectief te zijn. Met de ORNL-aanpak, Moon zei dat dat doel is bereikt.

Onderzoekers stellen zich voor dat hun kwantumstippen in eerste instantie worden gebruikt in bufferlagen van fotovoltaïsche cellen en andere op dunne film gebaseerde apparaten die kunnen profiteren van hun elektro-optische eigenschappen als lichtemitterende materialen.

Mede-auteurs van het artikel, getiteld "Productiedemonstratie van microbieel gemedieerde zinksulfide-nanodeeltjes in reactoren op proeffabriekschaal, " waren ORNL's Tommy Phelps, Curtis Fitzgerald Jr., Randall Lind, James Elkins, Gyoung Gug Jang, Arme Joshi, Michelle Kidder, Beth Armstrong, Thomas Watkins, Ilia Ivanov en David Graham. Financiering voor dit onderzoek werd verstrekt door DOE's Advanced Manufacturing Office en Office of Science.