Nanopartículas semiconductoras

Una nanopartícula (o nanopolvo o nanocluster o nanocristal) es una partícula microscópica con al menos una dimensión menos de 100 nm. Las nanopartículas son de gran interés científico ya que son efectivamente un puente entre materiales a granel y estructuras atómicas o moleculares. Las nanopartículas exhiben una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Nanopartículas de muchos otros materiales, incluidos metales, óxidos metálicos; carburos, boruros, nitruros, silicio y otros semiconductores elementales están disponibles.
Mecanismo
Sus propiedades físicas únicas se deben a los átomos que residen en la superficie. La excitación de un electrón de la banda de cenefa a la banda de conducción crea un par de huecos de electrones. La recombinación puede ocurrir de dos maneras:radiativa y no radiativa, lo que lleva a una recombinación radiativa a fotón y una recombinación no radiativa a fonón (vibraciones reticulares).
Además, la banda prohibida se agranda gradualmente debido a los efectos de confinamiento cuántico que dan lugar a energía discreta. niveles, en lugar de una banda continua como en el material a granel correspondiente. Además, el problema de la aglomeración de partículas se supera pasivando (tapando) los átomos de la superficie "desnudos" con grupos protectores para proporcionar estabilización electrónica a la superficie. El agente de remate normalmente toma la forma de un compuesto de base de Lewis unido covalentemente a los átomos metálicos de la superficie.
Síntesis de nanopartículas
Existen varios métodos para la síntesis de nanopartículas y la técnica de síntesis es una función del material, tamaño deseado, cantidad y calidad de dispersión.
Las técnicas de síntesis son Fase de vapor (haces moleculares, síntesis de llama, etc.) y síntesis en fase de solución (solución acuosa y solución no acuosa). La síntesis de nanopartículas semiconductoras ocurre típicamente por la rápida reducción de precursores organometálicos en compuestos orgánicos calientes con surfactantes.
Pocas nanopartículas semiconductoras son:
II-VI:CdS, CdSe, PbS, ZnS
III-V:InP, InAs
MO:TiO2, ZnO, Fe2O3, PbO, Y2O3
Aplicaciones
Las nanopartículas a menudo poseen propiedades ópticas inesperadas, ya que son lo suficientemente pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro aparecen de color rojo oscuro a negro en solución. Las nanopartículas de oro amarillo y silicio gris son de color rojo. Las nanopartículas de oro se derriten a temperaturas mucho más bajas (~ 300 ° C para un tamaño de 2,5 nm) que las placas de oro (1064 ° C). La absorción de la radiación solar es mucho mayor en materiales compuestos de nanopartículas que en películas delgadas de láminas continuas de material. Tanto en aplicaciones solares fotovoltaicas como térmicas, controlando el tamaño, la forma y el material de las partículas, es posible controlar la absorción solar. Las nanopartículas de arcilla cuando se incorporan a matrices poliméricas aumentan el refuerzo, lo que conduce a plásticos más fuertes, verificables mediante una temperatura de transición vítrea más alta y otras pruebas de propiedades mecánicas. Estas nanopartículas son duras e imparten sus propiedades al polímero (plástico). También se han adherido nanopartículas a fibras textiles para crear ropa inteligente y funcional.
Investigadores del University College of London informaron en Science que una suspensión de nanopartículas de dióxido de titanio recubiertas que se pueden pintar con aerosol o por inmersión en un Una gama de superficies duras y blandas, que incluyen papel, tela y vidrio, producen recubrimientos súper hidrófobos que resisten el aceite y son autolimpiantes en el aire. Los recubrimientos resistieron el roce, el rayado y la contaminación de la superficie, factores que a menudo se exacerban en la mayoría de las tecnologías de autolimpieza.
Además, informan que los aditivos de nanopartículas indican una gran oportunidad para mejorar la eficiencia energética de los grandes sistemas de enfriamiento industriales, comerciales e institucionales. conocidas como enfriadores.
Las nanopartículas de plata tienen propiedades ópticas, eléctricas y térmicas únicas y se están incorporando en productos que van desde la energía fotovoltaica hasta los sensores biológicos y químicos. Los ejemplos incluyen tintas conductoras, pastas y cargas que utilizan nanopartículas de plata por su alta conductividad eléctrica, estabilidad y bajas temperaturas de sinterización. Las aplicaciones adicionales incluyen diagnósticos moleculares y dispositivos fotónicos, que aprovechan las nuevas propiedades ópticas de estos nanomateriales. Una aplicación cada vez más común es el uso de nanopartículas de plata para recubrimientos antimicrobianos, y muchos textiles, teclados, apósitos para heridas y dispositivos biomédicos ahora contienen nanopartículas de plata que liberan continuamente un bajo nivel de iones de plata para brindar protección contra las bacterias. http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html#sthash.WGzJEuKE.dpuf)
Las nanopartículas de oro coloidal han sido utilizadas por los artistas durante siglos debido a los colores vibrantes producidos por sus interacción con la luz visible. Más recientemente, estas propiedades ópticas-electrónicas únicas se han investigado y utilizado en aplicaciones de alta tecnología como energía fotovoltaica orgánica, sondas sensoriales, agentes terapéuticos, administración de fármacos en aplicaciones biológicas y médicas, conductores electrónicos y catálisis (ver más en:http:/ /www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html#sthash.8pgtk6eI.dpuf)
Q-puntos
Las nanopartículas semiconductoras también conocidas como puntos Q son generalmente partículas de material con diámetros en el rango de 1 a 20 nm.
Propiedades de Q - puntos
Los puntos cuánticos tienen un alto rendimiento cuántico, a menudo 20 veces más brillante, poseen espectros de emisión más estrechos y simétricos, 100-1000 veces más estables al foto blanqueamiento, poseen alta resistencia a la degradación fotoquímica y tienen un rango de longitud de onda sintonizable de 400-4000 nm.
Limitación de puntos cuánticos
Debido al área de superficie extremadamente alta de una nanopartícula, hay una gran cantidad de "enlaces colgantes" y al agregar un agente de protección que consiste en un semiconductor de energía de banda prohibida más alta (o más pequeño) puede eliminar los enlaces colgantes y aumentar drásticamente la cantidad producir. Con la adición de CdS / ZnS, el rendimiento cuántico se puede aumentar de ~ 5% a 55%
Aplicaciones
Debido a sus propiedades físicas únicas, existen muchas aplicaciones potenciales en áreas como óptica no lineal, luminiscencia, electrónica, catálisis, conversión de energía solar y optoelectrónica.