Fig. 1. Fotoluminescensspektra av iridiumkomplex och konventionella kadmiumselenidkvantprickar. Kredit:Osaka University
Osaka University-ledda forskare skapade en ny typ av ljusemitterande nanopartiklar som är gjorda av ternära ogiftiga halvledare för att hjälpa till att skapa skärmar och LED-belysning med bättre färger som är mer miljövänliga
De flesta nuvarande skärmar representerar inte alltid världens färger så som vi uppfattar dem med ögat, i stället representerar endast cirka 70 procent av dem. För att göra bättre skärmar med sanna färger som är allmänt tillgängliga, forskare har fokuserat sina ansträngningar på ljusemitterande nanopartiklar. Sådana nanopartiklar kan även användas i medicinsk forskning för att lysa upp och hålla koll på läkemedel när man utvecklar och testar nya läkemedel i kroppen. Dock, metallen dessa ljusemitterande nanopartiklar är baserade på, nämligen kadmium, är mycket giftig, vilket begränsar dess tillämpningar inom medicinsk forskning och i konsumentprodukter – många länder kan snart införa förbud mot giftiga nanopartiklar.
Det är därför viktigt att skapa giftfria versioner av dessa nanopartiklar som har liknande egenskaper:de måste producera mycket rena färger och måste göra det på ett mycket energieffektivt sätt. Hittills har forskare lyckats skapa giftfria nanopartiklar som avger ljus på ett effektivt sätt genom att skapa halvledare med tre typer av element i dem, till exempel, silver, indium, och svavel (i form av silverindiumdisulfid (AgInS2)). Dock, färgerna de avger är inte tillräckligt rena — och många forskare förklarade att det skulle vara omöjligt för sådana nanopartiklar att någonsin avge rena färger.
Fig. 2. Silverindiumsulfidkärna kvantprickar och de belagda med galliumsulfidskal. Kredit:Osaka University
Nu, Forskare från Osaka University har bevisat att det är möjligt genom att tillverka halvledarnanopartiklar som innehåller silverindiumdisulfid och lägga till ett skal runt dem som består av ett halvledarmaterial gjord av två olika element, gallium och svavel. Teamet kunde på ett reproducerbart sätt skapa dessa skaltäckta nanopartiklar som är både energieffektiva och avger levande, rena färger. Teamet har nyligen publicerat sin forskning i tidskriften Nature NPG Asia Materials .
"Vi syntetiserade giftfria nanopartiklar på vanligt sätt:blanda ihop alla ingredienser och värm upp dem. Resultaten var inte fantastiska, men genom att justera syntesförhållandena och modifiera nanopartikelkärnorna och skalen vi inneslutit dem i, vi kunde uppnå fantastiska effektiviteter och mycket rena färger, ", säger studiemedförfattaren Susumu Kuwabata.
Att innesluta nanopartiklar i halvledarskal i inget nytt, men de skal som för närvarande används har stelt arrangerade atomer inuti dem, medan de nya partiklarna är gjorda av ett mer kaotiskt material utan en sådan stel struktur.
Fig. 3. Strukturer av silverindiumsulfid/galliumsulfidkärna/skalkvantprickar och bilder av kärna/skalkvantprickar under rumsljus. Kredit:Osaka University
"Silverindiumdisulfidpartiklarna avgav renare färger efter beläggningen med galliumsulfid. Utöver det, skaldelarna i mikroskopiska bilder var helt amorfa. Vi tror att skalmaterialets mindre stela natur spelade en viktig roll i det - det var mer anpassningsbart och kunde därför anta mer energimässigt gynnsamma konformationer, ", säger första författaren Taro Uematsu.
Teamets resultat visar att det är möjligt att skapa kadmiumfritt, giftfria nanopartiklar med mycket goda färgavgivande egenskaper genom att använda amorfa skal runt nanopartikelkärnorna.
