Химиялық құрамы бірдей қосылыстар бірдей қасиеттерді көрсетеді деп қатты сенетінмін. Бұл сенім кванттық нүктелерді ашу және синтездеу үшін берілген 2023 жылғы химия бойынша Нобель сыйлығымен жойылды. Зат кванттық нүктелер масштабына дейін кішірейген кезде белгілі кванттық әсерлер пайда болады, яғни олардың қасиеттері олардың элементтік құрамына ғана емес, сонымен бірге олардың өлшеміне де байланысты.
Кванттық нүктелер периодтық кестеге жаңа өлшем қосты: өлшем.
Бұл негізгі концепция бір заттың өлшемін өзгерту арқылы ғана түбегейлі басқа қасиеттерді көрсете алатынын көрсетеді. Бірдей материал, әр түрлі өлшемдер – әр түрлі түсті жарық шығаратын, түбегейлі айқын сипаттамаларға ие.
Кванттық нүктелер дегеніміз не?
Қарапайым тілмен айтқанда, кванттық нүктелер - наноөлшемдегі атомдар мен молекулалардың кластерлері. Бірнеше жүзден бірнеше мыңға дейінгі атомдардан тұратын олардың өлшемдері 2-ден 10 нанометрге дейін. Олар жарықты жұтқанда флуоресцентті, шамасына қарай әртүрлі түсті жарық шығарады.
Өлшем неге маңызды?
Материалдың оптикалық қасиеттері оның электрондарымен басқарылады. Электрондар фотондарды жұтқанда, олар жоғары энергия күйлеріне секіреді. Сондықтан жұтылатын жарықтың толқын ұзындығының ығысуы каталитикалық белсенділік пен электр өткізгіштік сияқты басқа электронмен басқарылатын қасиеттердегі сәйкес өзгерістерді білдіреді. Негізінде тек өлшемді өзгерту кванттық нүктені ерекше қасиеттері бар түбегейлі жаңа материалға айналдырады. Өлшемді басқару арқылы материалдың түсін өзгерте алсаңыз, жаңа материалды тиімді жасадыңыз.
Кванттық нүктелер не істей алады?
Бүгінгі таңда олардың ең көрнекті қолданбасы дисплей технологиясында екені сөзсіз. Кванттық нүктелер тар сәулелену спектрлерін көрсетеді, бұл ерекше жарқын және таза түстерге мүмкіндік береді. Сондай-ақ олар дисплейдің қызмет ету мерзімін едәуір ұзартып, энергияны аз шығындайтын жарық шығарады. Дисплейлерден басқа, олар дәл хирургиялық нұсқаулық пен мақсатты дәрі-дәрмек жеткізу үшін флуоресцентті зондтар ретінде қызмет етеді, күн батареяларында фотоэлектрлік түрлендірудің тиімділігін арттырады, химиялық реакцияларды жүргізу үшін катализаторлар ретінде әрекет етеді және кванттық есептеулер мен қауіпсіз кванттық байланыс үшін әлеуетті сақтайды.
Осы кішкентай дақтардың ішінде орасан зор ғылыми тартымдылық жатыр. Кванттық нүктелер материалды түс түрлендіруінің сырын ашты және наноматериалдардың кең әлеміне шлюз ашты.
Кванттық нүктелер қалай жасалады?
Бастапқы синтез әдістері физикалық, химиялық және биологиялық тәсілдерді қамтиды, химиялық синтез басым болады. Бавендидің Нобельмен танылған жұмысында химиялық әдіс қолданылды: жоғары қайнау температурасы бар полярлы емес органикалық еріткіште (ол лиганд ретінде де әрекет етеді) «ыстық айдау». Бұл кең ауқымда жоғары кристалдылығы, өлшемдері біркелкі таралуы және реттелетін өлшемдері бар коллоидтық кванттық нүктелерді шығарады.
Дегенмен, бастапқы прекурсор, диметилкадмий (Cd(CH₃)₂) өте улы, жарылғыш, қымбат және қатал реакция жағдайларын талап етті.
Бүгінгі таңда кванттық нүктелік материалдар коммерциялық мақсатта қолданылады және жасыл синтез негізгі зерттеу бағыты болып табылады. Қазіргі уақытта ең перспективалы әдіс «инъекциясыз» әдіс болып табылады. Бұл 1-октадецен (ODE, үйлестірмейтін еріткіш) және олеин қышқылы (OA, лиганд) жүйесінде синтезделген II-VI топ элементтері (мысалы, CdS, CdSe, CdTe, ZnSe) немесе III-V топ элементтері (мысалы, InP, InAs) сияқты прекурсорларды пайдаланады. 1-октадецен, төмен балқу температурасы және төмен құны бар, қазір кванттық нүкте синтезі үшін негізгі еріткіш болып табылады.
