半導体ナノ粒子:量子閉じ込めと先進合成技術
3次元すべてが1-20nmの間にある半導体ナノ粒子は、顕著な電子的、磁気的、触媒的、光学的挙動を示します。それらの非凡な特性は、高い表面積/体積比とサイズ誘起量子閉じ込めに起因します。
量子サイズ効果
粒子直径が励起子ボア半径に近づくと、電荷キャリアが3次元で閉じ込められ、自由度が消失します。この閉じ込めは連続電子バンドを離散的な量子化準位に強制し、実効バンドギャップを拡大させます。
従来の合成アプローチ
化学気相成長(CVD)や分子線エピタキシー(MBE)などの伝統的技術は、基板にテザーされた、またはマトリックスに埋め込まれたナノ粒子を生成し、溶液ベース応用での利用を制限します。
コロイド合成
コロイドルートは、凝集と制御不能成長を防ぐ安定剤と共に均一溶媒中でナノクリスタルを沈殿させることを含みます。安定性は低誘電率溶媒やスチレン/マレイン酸共重合体などの安定剤で向上します。
オストワルド熟成
オストワルド熟成では、より小さく不安定な結晶が溶解し、より大きく安定な結晶へ再堆積します。効果的な熟成には低ナノ粒子溶解度が必要で、溶媒選択、pH、パシベーション剤で調整可能です。
高温熱分解
コロイド法の低温制限を回避するため、高温分解前駆体を高沸点配位溶媒に注入します。例えば、ジメチルカドミウムなどの揮発性金属アルキルと、トリ-n-オクチルホスフィン・セレニド(TOPSe)などのカルコゲン源をトリ-n-オクチルホスフィン(TOP)に分散し、熱したトリ-n-オクチルホスフィン酸化物(TOPO)へ導入します。このアプローチで単分散結晶粒子が得られます。
化学前駆体戦略
金属-カルコゲン結合を露出させる単分子前駆体が、効率的で高品質ナノ粒子形成を可能にします。前駆体分解が急速な核生成を引き起こし;前駆体供給枯渇時に成長が自己制限されます。急冷で成長を急停止。ナノクリスタルは混和性溶媒添加で沈殿、遠心分離、乾燥粉末として回収されます。アルキルチオ尿素金属錯体も優れた前駆体として機能します。
ナノマテリアル