Materiaalonderzoekers van de North Carolina State University hebben een techniek verfijnd waarmee ze in één dag nauwkeurig gecontroleerde silicacoatings kunnen aanbrengen op quantum dot nanostaafjes - tot 21 keer sneller dan eerdere methoden. Naast tijdwinst, de vooruitgang betekent dat de kwantumstippen minder snel degraderen, behoud van hun voordelige optische eigenschappen.

Quantum dots zijn halfgeleidermaterialen op nanoschaal waarvan de kleine afmetingen ervoor zorgen dat ze elektronenenergieniveaus hebben die verschillen van grotere versies van hetzelfde materiaal. Door de grootte van de kwantumstippen te regelen, onderzoekers kunnen de relevante energieniveaus controleren - en die energieniveaus geven kwantumstippen nieuwe optische eigenschappen. Deze eigenschappen maken quantum dots veelbelovend voor toepassingen als opto-elektronica en displaytechnologieën.

Maar kwantumstippen zijn omgeven door liganden, dat zijn organische moleculen die gevoelig zijn voor warmte. Als de liganden beschadigd zijn, de optische eigenschappen van de kwantumstippen lijden eronder.

"We wilden de staafvormige kwantumstippen met silica bekleden om hun chemische en optische eigenschappen te behouden, " zegt Bryan Anderson, een voormalig Ph.D. student bij NC State die hoofdauteur is van een paper over het werk. "Echter, het op een precieze manier coaten van quantum dot-nanostaafjes vormt een eigen uitdaging."

Eerder werk van andere onderzoeksteams heeft water en ammoniak in oplossing gebruikt om het coaten van quantum dot-nanostaafjes met silica te vergemakkelijken. Echter, die technieken controleerden niet onafhankelijk de hoeveelheden water en ammoniak die in het proces werden gebruikt.

Door de gebruikte hoeveelheden water en ammoniak onafhankelijk te controleren, de NC State-onderzoekers waren in staat om de precisie van silicacoatings die met eerdere methoden werden bereikt, te evenaren of te overtreffen. In aanvulling, hun aanpak gebruiken, het NC State-team was in staat om het hele silica-coatingproces in één dag te voltooien - in plaats van één tot drie weken die nodig zijn voor andere processen.

"De verwerkingstijd is belangrijk, want hoe langer het proces duurt, hoe waarschijnlijker het is dat de quantum dot nanostaafjes die worden gecoat, zullen degraderen, " zegt Joe Tracy, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering bij NC State en senior auteur op het papier. "De factor tijd kan ook belangrijk zijn als we nadenken over het opschalen van dit proces voor productieprocessen."

Dat gezegd hebbende, onderzoekers hebben nog steeds een probleem.

Het proces van het aanbrengen van de silica-coating etst het cadmiumsulfide-oppervlak van de quantum dot-nanostaafjes, waardoor de lengte van de nanostaafjes met maar liefst vier of vijf nanometer wordt verkort. Die verkorting duidt op etsen, die de helderheid vermindert van het licht dat wordt uitgestraald door de quantum dot-nanostaafjes.

"We denken dat ammoniak de boosdoener is, " zegt Tracy. "We hebben een aantal ideeën die we nastreven, gericht op het vervangen van een andere katalysator voor ammoniak om het etsen te minimaliseren en de optische eigenschappen van de quantum dot nanorod beter te behouden."

De krant, "Silica-overcoating van CdSe / CdS Core / Shell Quantum Dot Nanorods met gecontroleerde morfologieën, " wordt online gepubliceerd in het tijdschrift Chemie van materialen . Het artikel is mede-auteur van Wei-Chen Wu, een voormalig Ph.D. student in Tracy's lab. Het werk werd gedaan met steun van de National Science Foundation onder subsidienummer DMR-1056653.

Tracy heeft eerder gerelateerd onderzoek gepubliceerd in Chemie van materialen op het coaten van gouden nanostaafjes met silica schelpen.