반도체 나노입자

나노입자(또는 나노분말 또는 나노클러스터 또는 나노결정)는 최소 1차원의 미세한 입자입니다. 100nm 미만. 나노 입자는 벌크 물질과 원자 또는 분자 구조 사이의 다리 역할을 하기 때문에 과학적으로 큰 관심을 받고 있습니다. 나노 입자는 벌크 재료와 관련하여 여러 가지 특별한 특성을 나타냅니다. 금속, 금속 산화물을 포함한 많은 다른 재료의 나노 입자; 탄화물, 붕화물, 질화물, 실리콘 및 기타 원소 반도체를 사용할 수 있습니다.
메커니즘
그들의 독특한 물리적 특성은 표면에 존재하는 원자 때문입니다. 가전자대에서 전도대로 전자가 여기되면 전자 정공 쌍이 생성됩니다. 재결합은 광자로의 복사 재결합과 포논으로의 비복사 재결합(격자 진동)으로 이어지는 복사 및 비방사 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다.
또한 이산 에너지를 발생시키는 양자 구속 효과로 인해 밴드 갭이 점차 커집니다. 해당 벌크 재료에서와 같이 연속적인 밴드가 아니라 레벨입니다. 또한, 표면에 전자 안정화를 제공하기 위해 보호기로 "맨" 표면 원자를 부동태화(캡핑)함으로써 입자 덩어리의 문제를 극복합니다. 캡핑제는 일반적으로 표면 금속 원자에 공유 결합된 루이스 염기 화합물의 형태를 취합니다.
나노입자 합성
나노 입자의 합성에는 다양한 방법이 있으며 합성 기술은 재료, 원하는 크기, 분산의 양 및 품질의 함수입니다.
합성 기술은 증기상(분자빔, 화염 합성 등) 및 용액상 합성(수용액 및 비수용액). 반도체 나노 입자 합성은 일반적으로 뜨거운 유기물에서 계면 활성제를 사용하여 유기 금속 전구체를 빠르게 환원시켜 발생합니다.
II-VI:CdS, CdSe, PbS, ZnS
III-V:InP, InAs
MO:TiO2, ZnO, Fe2O3, PbO, Y2O3
응용 프로그램
나노 입자는 전자를 가두어 양자 효과를 생성하기에 충분히 작기 때문에 종종 예상치 못한 광학 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어 금 나노 입자는 용액에서 진한 빨간색에서 검은색으로 나타납니다. 옐로우 골드와 그레이 실리콘의 나노 입자는 빨간색입니다. 금 나노 입자는 금 슬래브(1064°C)보다 훨씬 낮은 온도(2.5nm 크기의 경우 ~300°C)에서 녹습니다. 태양 복사의 흡수는 재료의 연속 시트로 된 박막보다 나노 입자로 구성된 재료에서 훨씬 더 높습니다. 태양광 PV 및 태양열 응용 분야에서 입자의 크기, 모양 및 재료를 제어하여 태양광 흡수를 제어하는 ​​것이 가능합니다. 점토 나노입자는 폴리머 매트릭스에 통합될 때 강화를 증가시켜 더 높은 유리 전이 온도 및 기타 기계적 특성 테스트로 검증할 수 있는 더 강한 플라스틱으로 이어집니다. 이러한 나노 입자는 단단하고 폴리머(플라스틱)에 특성을 부여합니다. 나노 입자는 스마트하고 기능적인 의류를 만들기 위해 섬유 섬유에 부착되기도 했습니다.
University College of London의 연구원들은 사이언스지에 스프레이 페인팅 또는 침지 코팅이 가능한 코팅된 이산화티타늄 나노 입자의 현탁액을 보고했습니다. 종이, 천 및 유리를 포함한 다양한 단단하고 부드러운 표면은 기름에 저항하고 공기 중에서 자가 청소되는 초소수성 코팅을 생성합니다. 코팅은 대부분의 자가 세척 기술에서 종종 악화되는 요인인 마찰, 긁힘 및 표면 오염에 저항했습니다.
또한 나노 입자 첨가제는 대규모 산업, 상업 및 기관 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 주요 기회를 나타낸다고 보고합니다. 냉각기로 알려져 있습니다.
은 나노입자는 독특한 광학적, 전기적, 열적 특성을 가지며 광전지에서 생물학적 및 화학적 센서에 이르는 제품에 통합되고 있습니다. 예로는 높은 전기 전도성, 안정성 및 낮은 소결 온도를 위해 은 나노 입자를 사용하는 전도성 잉크, 페이스트 및 충전제가 있습니다. 추가 응용 프로그램에는 이러한 나노 물질의 새로운 광학 특성을 이용하는 분자 진단 및 광자 장치가 포함됩니다. 점점 더 일반적인 응용 분야는 항균 코팅에 은 나노 입자를 사용하는 것입니다. 많은 직물, 키보드, 상처 드레싱 및 생물 의학 장치에는 박테리아로부터 보호하기 위해 지속적으로 낮은 수준의 은 이온을 방출하는 은 나노 입자가 포함되어 있습니다.(자세한 내용은 다음을 참조하십시오. http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html#sthash.WGzJEuKE.dpuf)
콜로이드 금 나노입자는 예술가들에 의해 생성된 생생한 색상으로 인해 수세기 동안 예술가들에 의해 활용되어 왔습니다. 가시 광선과의 상호 작용. 최근에는 이러한 독특한 광전자공학적 특성이 유기 광전지, 감각 탐침, 치료제, 생물학 및 의료 응용 분야의 약물 전달, 전자 전도체 및 촉매와 같은 첨단 기술 응용 분야에서 연구되고 활용되었습니다.(자세한 내용은 http:// /www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html#sthash.8pgtk6eI.dpuf)
Q-dots Q-dot라고도 알려진 반도체 나노입자는 일반적으로 1~20nm 범위의 직경을 갖는 물질의 입자입니다.
Q - 점의 속성
Quantum Dot은 종종 20배 더 밝은 높은 양자 수율을 가지며 더 좁고 대칭적인 방출 스펙트럼을 가지며 광 표백에 대해 100-1000배 더 안정적이며 광/화학적 분해에 대한 높은 저항성을 가지며 파장 범위를 조정할 수 있습니다. 400-4000 nm.
양자점 캡핑
나노 입자의 극도로 높은 표면적 때문에 많은 양의 "댕글링 본드"가 있으며 더 높은 밴드 갭 에너지 반도체(또는 더 작은)로 구성된 캡핑제를 추가하면 댕글링 본드를 제거하고 양자를 크게 증가시킬 수 있습니다. 생산하다. CdS/ZnS를 추가하면 양자 수율이 ~5%에서 55%로 증가할 수 있습니다.
응용 프로그램
고유한 물리적 특성으로 인해 비선형 광학, 발광, 전자, 촉매, 태양 에너지 변환 및 광전자 공학과 같은 영역에서 많은 잠재적인 응용 분야가 있습니다.