En metod för att producera betydande mängder halvledande nanopartiklar för ljusemitterande skärmar, sensorer, solpaneler och biomedicinska tillämpningar har fått fart med en demonstration av forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Medan zinksulfidnanopartiklar - en typ av kvantprick som är en halvledare - har många potentiella tillämpningar, höga kostnader och begränsad tillgänglighet har varit hinder för deras utbredda användning. Det kan förändras, dock, på grund av en skalbar ORNL-teknik som beskrivs i en artikel publicerad i Tillämpad mikrobiologi och bioteknik .

Till skillnad från konventionella oorganiska metoder som använder dyra prekursorer, giftiga kemikalier, höga temperaturer och höga tryck, ett team ledd av ORNL:s Ji-Won Moon använde bakterier som matades av billigt socker vid en temperatur på 150 grader Fahrenheit i 25- och 250-liters reaktorer. I sista hand, laget producerade cirka tre fjärdedelar av ett pund zinksulfid -nanopartiklar - utan processoptimering, lämnar utrymme för ännu högre avkastning.

ORNL-biotillverkningstekniken är baserad på en plattformsteknik som även kan producera nanometerstora halvledande material såväl som magnetiska, solceller, katalytiska och fosformaterial. Till skillnad från de flesta biologiska syntesteknologier som förekommer inuti cellen, ORNL:s biotillverkade kvantpunktssyntes sker utanför cellerna. Som ett resultat, nanomaterialen tillverkas som lösa partiklar som är lätta att separera genom enkel tvättning och centrifugering.

Resultaten är uppmuntrande, enligt Moon, som också noterade att ORNL-metoden minskar produktionskostnaderna med cirka 90 procent jämfört med andra metoder.

"Eftersom biotillverkning kan kontrollera kvantpunktsdiametern, det är möjligt att producera ett brett utbud av specifikt avstämda halvledande nanomaterial, gör dem attraktiva för en mängd olika applikationer som inkluderar elektronik, skärmar, solceller, datorminne, energilagring, tryckt elektronik och bioavbildning, " sa Moon.

Framgångsrik biotillverkning av ljusemitterande eller halvledande nanopartiklar kräver förmågan att kontrollera materialsyntesen på nanometerskala med tillräckligt hög tillförlitlighet, reproducerbarhet och avkastning för att vara kostnadseffektiv. Med ORNL-metoden, Moon sa att målet har uppnåtts.

Forskare föreställer sig att deras kvantprickar initialt används i buffertlager av fotovoltaiska celler och andra tunnfilmsbaserade enheter som kan dra nytta av deras elektro-optiska egenskaper som ljusemitterande material.

Medförfattare till tidningen, med titeln "Tillverkningsdemonstration av mikrobiellt förmedlade zinksulfidnanopartiklar i reaktorer i pilotanläggningsskala, "var ORNLs Tommy Phelps, Curtis Fitzgerald Jr., Randall Lind, James Elkins, Gyoung Gug Jang, Pooran Joshi, Michelle Kidder, Beth Armstrong, Thomas Watkins, Ilia Ivanov och David Graham. Finansiering för denna forskning tillhandahölls av DOE:s Advanced Manufacturing Office och Office of Science.