Ett Rice University -laboratorium har hittat ett sätt att förvandla vanlig kolfiber till grafenkvantprickar, små fläckar av materia med egenskaper som förväntas visa sig användbara inom elektronisk, optiska och biomedicinska tillämpningar.

Rice lab of material scientist Pulickel Ajayan, i samarbete med kollegor i Kina, Indien, Japan och Texas Medical Center, upptäckte en kemisk process i ett steg som är markant enklare än etablerade tekniker för att göra grafenkvantprickar. Resultaten publicerades online denna månad i American Chemical Society's journal Nano bokstäver .

"Det har gjorts flera försök att göra grafenbaserade kvantpunkter med specifika elektroniska och självlysande egenskaper med hjälp av kemisk nedbrytning eller e-beam litografi av grafenlager, "sa Ajayan, Rices Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson Professor i maskinteknik och materialvetenskap och kemi. "Vi trodde att eftersom dessa nanodomäner av grafitiserade kol redan finns i kolfibrer, som är billiga och många, varför inte använda dem som föregångare? "

Kvantprickar, upptäcktes på 1980 -talet, är halvledare som innehåller ett storleks- och formberoende bandgap. Dessa har varit lovande strukturer för applikationer som sträcker sig från datorer, Lysdioder, solceller och lasrar till medicinska bildanordningar. De sub-5 nanometer kolbaserade kvantprickarna som produceras i bulk genom den våta kemiska processen som upptäcktes vid Rice är mycket lösliga, och deras storlek kan styras via temperaturen vid vilken de skapas.

Risforskarna försökte med ett nytt experiment när de kom över tekniken. "Vi försökte selektivt oxidera kolfiber, och vi tyckte att det var riktigt svårt, "sa Wei Gao, en doktorand från Rice som arbetade med projektet med huvudförfattaren Juan Peng, en gäststudent från Nanjing University som studerade i Ajayans laboratorium förra året. "Vi slutade med en lösning och bestämde oss för att titta på några droppar med ett transmissionselektronmikroskop."

Fläckarna de såg var bitar av grafen eller mer exakt, oxiderade nanodomäner av grafen extraherade via kemisk behandling av kolfiber. "Det var en fullständig överraskning, "Sa Gao." Vi kallar dem kvantprickar, men de är tvådimensionella, så det vi verkligen har här är grafenkvantskivor. "Gao sa att andra tekniker är dyra och tar veckor att göra små partier grafenkvantprickar." Vårt utgångsmaterial är billigt, kommersiellt tillgänglig kolfiber. I en ett-stegs behandling, vi får en stor mängd kvantprickar. Jag tror att det är den största fördelen med vårt arbete, " Hon sa.

Ytterligare experiment avslöjade intressanta bitar av information:Storleken på prickarna, och därmed deras fotoluminescerande egenskaper, kan kontrolleras genom bearbetning vid relativt låga temperaturer, från 80 till 120 grader Celsius. "Vid 120, 100 och 80 grader, vi fick blå, gröna och gula lysande prickar, " Hon sa.

De fann också att prickarnas kanter tenderade att föredra den form som kallas sicksack. Kanten på ett ark med grafen-den enkelatomtjocka formen av kol-bestämmer dess elektriska egenskaper, och sicksack är halvledande.

Deras självlysande egenskaper ger grafenkvantumspotential för bildbehandling, proteinanalys, cellspårning och andra biomedicinska tillämpningar, Sa Gao. Tester vid Houstons MD Anderson Cancer Center och Baylor College of Medicine på två mänskliga bröstcancerlinjer visade att prickarna lätt hittade in i cellens cytoplasma och störde inte deras spridning.

"De gröna kvantprickarna gav en mycket bra bild, "sa medförfattaren Rebeca Romero Aburto, en doktorand i Ajayan Lab som också studerar vid MD Anderson. "Fördelen med grafenprickar framför fluoroforer är att deras fluorescens är mer stabil och att de inte fotbleker. De tappar inte sin fluorescens lika lätt. De har en djupgräns, så de kan vara bra för in vitro och in vivo (smådjur) studier, men kanske inte optimalt för djupa vävnader hos människor.

"Men allt måste börja i labbet, och dessa kan vara ett intressant tillvägagångssätt för att ytterligare undersöka bioimaging, "Romero Alburto sa." I framtiden, dessa grafenkvantprickar kan ha hög inverkan eftersom de kan konjugeras med andra enheter för avkänning av applikationer, för."