Grafen kvantprickar gjorda av kol, introducerades 2013 av Rice University lab av kemisten James Tour, kan konstrueras för specifika halvledande egenskaper i endera av två enstegsprocesser.

I en ny studie denna vecka i tidskriften American Chemical Society Tillämpade material och gränssnitt , Tour och kollegor visade fin kontroll över grafenoxidprickarnas storleksberoende bandgap, egenskapen som gör dem till halvledare. Kvantprickar är halvledande material som är tillräckligt små för att uppvisa kvantmekaniska egenskaper som bara visas i nanoskala.

Tours grupp fann att de kunde producera kvantprickar med specifika halvledande egenskaper genom att sortera dem genom ultrafiltrering, en metod som vanligtvis används vid kommunal och industriell vattenfiltrering och i livsmedelsproduktion.

Den andra enstegsprocessen involverade direkt kontroll av reaktionstemperaturen i oxidationsprocessen som reducerade kol till kvantprickar. Forskarna fann att varmare temperaturer gav mindre prickar, som hade olika halvledande egenskaper.

Tour sa att grafenkvantprickar kan visa sig vara mycket effektiva i tillämpningar som sträcker sig från medicinsk bildbehandling till tillägg till tyger och klädsel för ljusare och mer hållbara färger. "Kvantprickar kostar i allmänhet cirka 1 miljon dollar per kilogram och vi kan nu göra dem i en billig reaktion mellan kol och syra, följt av separation. Och kolet är mindre än 100 dollar per ton."

Prickarna i dessa experiment kommer alla från behandling av antracit, ett slags kol. Processerna producerar batcher i specifika storlekar mellan 4,5 och 70 nanometer i diameter.

Grafenkvantprickar är fotoluminescerande, vilket betyder att de avger ljus med en viss våglängd som svar på inkommande ljus med en annan våglängd. Det emitterade ljuset sträcker sig från grönt (mindre prickar) till orange-rött (större prickar). Eftersom den avgivna färgen också beror på prickarnas storlek, den här egenskapen kan också trimmas, sa Tour. Labbet fann att kvantprickar som avger blått ljus var enklast att producera från bituminöst kol.

Forskarna föreslog att deras kvantprickar också kan förbättra avkänningen, elektroniska och solcellsapplikationer. Till exempel, katalytiska reaktioner kan förbättras genom att manipulera de reaktiva kanterna på kvantprickar. Deras fluorescens skulle kunna göra dem lämpliga för metall- eller kemisk detektionstillämpningar genom att trimmas för att undvika störningar med målmaterialens utsläpp.