(Phys.org) – Forskare vid University of Texas i Austin och Cornell University har tillverkat de första beställda arrayerna av kiselnanokristaller som hittills rapporterats. Brian A. Korgel och kollegor utvecklade en ny kemisk metod för att generera små kiselkristaller – eller kvantprickar – med exakt kontrollerad storlek och förlitade sig sedan på naturen för att organisera dem i vanliga strukturer. De nya självmonterade arrayerna, presenteras i tidskriften ChemPhysChem , skulle kunna hjälpa forskare att utnyttja de lovande ljusavgivande egenskaperna hos en av de kommersiellt viktigaste halvledarna.
Bulk kisel används i ett brett spektrum av applikationer, främst inom elektronikindustrin, men det är en svag ljusabsorbent och en extremt dålig ljussändare, så det är inte lämpligt för användningar som kräver ljusemission. Dessa egenskaper förändras när kristallen krymper till nanoskala. Si-kvantprickar kan uppvisa mycket ljus synlig luminescens med storleksinställbar färg, vilket gör dem intressanta för tillverkning av lysdioder (LED) – eller till och med som en möjlig laserkälla. Under de senaste åren har det funnits ett stort intresse för att förstå dessa unika egenskaper och använda dem för att skapa ny teknik.
Dock, de flesta av applikationerna kräver uppsättningar av nanokristaller, och även om det har gjorts försök att tillverka dem, samlingarna av Si-kvantprickar som hittills erhållits har varit oordnade, vanligtvis med en betydande storleksfördelning. Korgel och medarbetare har nu utvecklat en ny kemisk metod som gör att de kan erhålla monodispersa kiselpartiklar i det exakta storleksintervall som behövs för egenskaper i nanoskala, såsom starkt ljus. "Vi har gjort de första beställda arrayerna, eller supergaller, av kiselkristaller i nanoskala. Dessa samlingar av små kiselkristaller är självmonterade - ungefär på samma sätt som makromolekyler självmonterar i levande organismer", säger Korgel. "Detta är nödvändigt eftersom dimensionerna är alldeles för små för att erhållas med konventionella medel som de litografiska mönstringstekniker som används för att göra integrerade kretsar", han lägger till. Forskarna fann också att de nya Si nanokristall-supergittren är mycket mer termiskt stabila än andra typer av nanokristall-supergitter som rapporterats tidigare.
Korgels team syntetiserade Si nanokristaller genom termisk nedbrytning av väte silsesquioxan (HSQ), följt av etsning med HF, reaktion med 1-dodecen, och storleksselektiv utfällning av de erhållna nanopartiklarna. Kvantprickarna dispergerades sedan i kloroform och droppgjutades slutligen. Två kända tekniker - kallad transmissionselektronmikroskopi (TEM) och bete-incidens liten vinkel röntgenspridning (GISAXS) - användes för att studera ordningen av nanokristallerna. "Eftersom ordningen i dessa arrangemang kan påverka egenskaperna hos nanomaterialen, kisel kvantpunktssupergitter ger en ny lekplats för att förstå och manipulera egenskaperna hos kisel på nya och unika sätt", säger Korgel.
