半導体ナノ粒子

ナノ粒子（またはナノ粉末、ナノクラスター、またはナノ結晶）は、少なくとも1つの寸法を持つ微細な粒子です。 100nm未満。ナノ粒子は、バルク材料と原子または分子構造の間の効果的な架け橋であるため、科学的に非常に興味深いものです。ナノ粒子は、バルク材料に比べて多くの特別な特性を示します。金属、金属酸化物など、他の多くの材料のナノ粒子。炭化物、ホウ化物、窒化物、シリコン、およびその他の元素半導体が利用可能です。
メカニズム
それらの独特の物理的性質は、表面に存在する原子によるものです。価電子帯から伝導帯への電子の励起により、電子正孔対が生成されます。再結合は、光子への放射再結合とフォノンへの非放射再結合（格子振動）の2つの方法で発生する可能性があります。
また、量子閉じ込め効果により離散エネルギーが発生するため、バンドギャップは徐々に大きくなります。対応するバルク材料のような連続バンドではなく、レベル。さらに、粒子凝集の問題は、表面に電子的安定化を提供するための保護基で「裸の」表面原子を不動態化（キャッピング）することによって克服される。キャッピング剤は通常、表面の金属原子に共有結合したルイス塩基化合物の形をとります。
ナノ粒子の合成
ナノ粒子の合成にはさまざまな方法があり、合成技術は材料、望ましいサイズ、量、分散の質の関数です。
合成技術は気相（分子ビーム、火炎合成など）と液相合成（水溶液および非水溶液）。半導体ナノ粒子合成は通常、界面活性剤による高温有機物中の有機金属前駆体の急速な還元によって起こります。
半導体ナノ粒子は次のとおりです。
II-VI：CdS、CdSe、PbS、ZnS
III-V： InP、InAs
MO：TiO2、ZnO、Fe2O3、PbO、Y2O3
アプリケーション
ナノ粒子は、電子を閉じ込めて量子効果を生み出すのに十分小さいため、予期しない光学特性を持っていることがよくあります。たとえば、金のナノ粒子は溶液中で深紅から黒に見えます。イエローゴールドとグレーシリコンのナノ粒子は赤色です。金ナノ粒子は、金スラブ（1064°C）よりもはるかに低い温度（2.5 nmサイズの場合は約300°C）で溶融します。太陽放射の吸収は、材料の連続シートの薄膜よりもナノ粒子で構成される材料の方がはるかに高くなります。太陽光発電と太陽熱の両方の用途で、粒子のサイズ、形状、および材料を制御することで、太陽の吸収を制御することができます。粘土ナノ粒子をポリマーマトリックスに組み込むと、強化が強化され、より強力なプラスチックが得られます。これは、より高いガラス転移温度やその他の機械的特性テストで検証できます。これらのナノ粒子は硬く、ポリマー（プラスチック）にその特性を与えます。スマートで機能的な衣服を作るために、ナノ粒子も繊維に付着しています。
ロンドン大学の研究者は、Scienceで、スプレー塗装またはディップコーティングが可能なコーティングされた二酸化チタンナノ粒子の懸濁液を報告しています。紙、布、ガラスなど、さまざまな硬い表面と柔らかい表面が、油に強く、空気中で自己洗浄する超疎水性コーティングを生成します。コーティングは、摩擦、引っかき傷、表面汚染に抵抗しました。これらの要因は、ほとんどのセルフクリーニング技術で悪化することがよくあります。
さらに、ナノ粒子添加剤は、大規模な産業、商業、および機関の冷却システムのエネルギー効率を改善する主要な機会を示していると報告しています。チラーとして知られています。
銀ナノ粒子は、独自の光学的、電気的、および熱的特性を備えており、太陽光発電から生物学的および化学的センサーに至るまでの製品に組み込まれています。例としては、高い導電性、安定性、および低い焼結温度のために銀ナノ粒子を利用する導電性インク、ペースト、およびフィラーが含まれます。追加のアプリケーションには、これらのナノ材料の新しい光学特性を利用する分子診断およびフォトニックデバイスが含まれます。ますます一般的な用途は、抗菌コーティングに銀ナノ粒子を使用することです。多くのテキスタイル、キーボード、創傷ドレッシング、および生物医学装置には、細菌に対する保護を提供するために低レベルの銀イオンを継続的に放出する銀ナノ粒子が含まれています。 http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html#sthash.WGzJEuKE.dpuf）
コロイド状の金ナノ粒子は、その鮮やかな色によって何世紀にもわたってアーティストによって利用されてきました。可視光との相互作用。最近では、これらのユニークな光電子特性が研究され、有機光起電、感覚プローブ、治療薬、生物学的および医学的用途での薬物送達、電子伝導体、触媒作用などのハイテク用途で利用されています（詳細はhttp：/を参照）。 /www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html#sthash.8pgtk6eI.dpuf）
Q-dots
Qドットとしても知られる半導体ナノ粒子は、一般に、直径が1〜20nmの範囲の材料の粒子です。
Qのプロパティ-ドット
量子ドットは、多くの場合20倍明るい量子収率を持ち、より狭く対称的な発光スペクトルを持ち、光退色に対して100〜1000倍安定しており、光/化学的劣化に対する高い耐性を持ち、波長範囲を調整できます。 400〜4000nmの。
量子ドットのキャッピング
ナノ粒子の表面積が非常に大きいため、大量の「ダングリングボンド」があり、より高いバンドギャップエネルギーの半導体（またはそれ以下）からなるキャッピング剤を追加することで、ダングリングボンドを排除し、量子を大幅に増やすことができます収率。 CdS / ZnSを追加すると、量子収率を約5％から55％に増やすことができます
アプリケーション
その独特の物理的特性により、非線形光学、発光、電子工学、触媒作用、太陽エネルギー変換、光電子工学などの分野で多くの潜在的な用途があります。