جانبا إلى جانب ربط النانو تشالكوجينيدي شكل متباين الكادميوم غرواني

الهدف العام من هذا البروتوكول الاصطناعي هو ربط البلورات النانوية أشباه الموصلات الغروية متباينة الشكل، وجهاً لوجه عبر عملية الارتباط الموجه. وبينما يمكن لهذه الطريقة أن تعالج قضايا رئيسية في مجال الإلكترونيات البصرية القائمة على الجسيمات النانوية الغروية، مثل الحاجة إلى تحسين نقل الشحنات بين الجسيمات مع الحفاظ على إمكانية المعالجة في المحاليل. فإن الميزة الرئيسية لهذه التقنية تكمن في أن عملية الربط وجهاً لوجه يمكن تطبيقها على جسيمات أشباه الموصلات النانوية بمختلف أشكالها وأحجامها.

جاءت فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما لاحظنا علامات على الارتباط الموجه أثناء إجراء تفاعلات التبادل في البلورات النانوية لأشباه الموصلات متباينة الشكل تحت ظروف وتفاعلات معينة. وسيقوم كل من Xuanwei Ong وShashank Gupta، وهما طالبان في مرحلة الدراسات العليا من مختبري، بشرح هذا الإجراء. أولاً، أضف TOPO وأكسيد الكادميوم وحمض الهكسيل فوسفونيك وحمض الأوكتاديسيل فوسفونيك إلى دورق مستدير القاع ثلاثي العنق سعة 15 milliliter.

بعد إضافة قضيب تحريك مغناطيسي إلى الخليط، أدخل مسبار درجة الحرارة عبر سدادة مطاطية مثقوبة وأغلق أحد خيوط الدورق بالسدادة. قم بتركيب مكثف الارتجاع على الدورق مستدير القاع وتوصيله عبر محول، ثم أغلق المنفذ المتبقي بسدادة مطاطية. بعد وضع شحم تفريغ عالي الجودة على جميع الوصلات الزجاجية المرنة، قم بتسخين خليط التحريك إلى 150 degree celsius وضعه تحت تفريغ لمدة ساعة ونصف لإزالة الغازات.

بعد ذلك، أضف 1.8 milliliters من محلول تلوين (TLP sulfide) المخزون المُحضّر مسبقاً إلى دورق مستدير القاع أحادي العنق سعة 10 millimeter وأغلقه بسدادة مطاطية. أضف 80 nanomoles من محلول نقاط كادميوم سيلينيد الكمومية من نوع الورتزيت (wurtzite cadmium selenide quantum dots) المُحضّر مسبقاً إلى الدورق، ثم قم بإزالة التلوين تحت الفراغ عند 70 degree celsius. اترك المحلول لإزالة الغازات تحت التقليب بسرعة 800 RPM لمدة 30 دقيقة إضافية.

ضع الدورق مستدير القاع الذي يحتوي على سلائف الكادميوم تحت غاز النيتروجين وارفع درجة الحرارة إلى 350 degree celsius. وعند درجة حرارة 320 degree celsius، أضف 1.8 milliliters من TLP إلى الدورق مستدير القاع عبر السدادة المطاطية. وعند درجة حرارة 350 degree celsius، اسحب محلول كبريتيد TLP الذي يحتوي على النقاط الكمومية في سرنجة، ثم احقنه بسرعة في الدورق مستدير القاع الذي يحتوي على سلائف الكادميوم.

اترك المحلول يستمر في التحريك بسرعة 800 RPM لمدة ست دقائق إضافية، للسماح بنمو القضبان النانوية. بعد ذلك، قم بإزالة غطاء التسخين واترك المحلول ليبرد حتى درجة حرارة الغرفة في الظروف المحيطة. ولمعالجة محلول القضبان النانوية، أضف 2 مل من telluwin إلى محلول النمو وانقل الخليط بأكمله إلى أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل.

أضف 30 milliliters من الميثانول إلى الخليط. بعد ذلك، قم بطرد المعلق الناتج مركزياً عند 2, 240 x G لمدة ثلاث دقائق. وبعد التخلص من الطافي، أضف خمسة milliliters من التيلوين (telluwin) إلى الراسب لتشتيت القضبان النانوية.

بعد إتمام دورتين إلى ثلاث دورات من خطوات المعالجة السابقة، قم بتشتيت القضبان النانوية في 5 mm من telluwin لاستخدامها لاحقاً. بعد ذلك، ضع قطرة من محلول القضبان النانوية على شبكة نحاسية ذات مسامية 300 mesh، مغطاة بطبقة مستمرة من الكربون لتحليلها بواسطة المجهر الإلكتروني. تخلص من المحلول الزائد باستخدام ورقة ماصة واترك العينة لتجف في درجة حرارة الغرفة.

الآن، قم بتحديد تركيز قضبان كادميوم سلفيد النانوية الملقحة بسيلينيد الكادميوم في المحلول المخزون، وذلك بإضافة 20 µL من قضبان النانو المعالجة إلى 3 mL من التيلوين (telluwin). قم بقياس الامتصاصية عند 350 nm واحسب تركيز قضبان النانو، باستخدام الامتصاصية المولية المعروفة عند هذا الطول الموجي. ثم قم بتحضير محلول مخزون من دوديسيل أمين (dodecylamine)، بإضافة 0.14 g من الدوديسيل أمين إلى 5 mL من الإيثانول.

قم بمعالجة المحلول بالموجات فوق الصوتية عند 37 kilohertz وبقدرة 320 watts لمدة خمس دقائق تقريبًا، لضمان تجانس المحلول. بعد ذلك، قم بتحضير محلول بحجم 1 milliliter من البلورات النانوية بالتركيز المناسب. أضف 6 milligrams من حمض octadecylphosphonic إلى محلول البلورات النانوية وقم بمعالجته بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق عند 37 kilohertz وبقدرة 320 watts.

قم برج المزيج المحلول يدويًا أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية، حيث يُعد ذلك أمرًا بالغ الأهمية لإذابة حمض octadecylphosphonic بالكامل في محلول البلورات النانوية. في قارورة منفصلة، اخلط 1 mL من محلول نتريد الفضة بالتركيز المناسب و 1 mL من المحلول المخزون لـ dodecylamine. أضف قضيب تحريك مغناطيسي وحرك المحلول بقوة بسرعة 800 RPM، وأثناء التحريك، أضف 1 mL من محلول البلورات النانوية إلى القارورة واترك التفاعل يستمر للمدة الزمنية المناسبة، وفقًا للبروتوكول النصي.

عند انتهاء التفاعل، أوقف عملية التقليب واترك المحلول حتى ينفصل إلى طورين. بعد ذلك، قم بإزالة الطبقة المائية السفلية. أضف 5 mL من الميثانول إلى الطبقة العضوية لترسيب البلورات النانوية.

بعد ذلك، يتم طرد الخليط مركزياً عند 2,240 x G لمدة ثلاث دقائق. وبعد التخلص من السائل الطافي، يُضاف 1 mL من telluwin لإعادة تشتيت المنتج من أجل مزيد من التوصيف. وباستخدام قضبان نانوية من كبريتيد الكادميوم الملقحة بسيلينيد الكادميوم كنظام نموذجي، تم توضيح عملية تبادل جزئي لأيونات الفضة لتحويل أوجه أطراف القضبان النانوية إلى أطراف من كبريتيد الفضة.

بعد التفاعل مع حمض octadecylphosphonic، امتزت ربيطات dodecylamine من السطح واندمجت الأوجه معاً لتشكل سلاسل متصلة من القضبان النانوية. في المحلول الهجين، يُظهر تحليل TEM للمناطق المفصلية نطاقات من كبريتيد الفضة وتلامسات amputextile مع قضيبين نانويين. ويكشف تحليل تحويل فوريه الأول عن ثابتين شبكيين يمكن عزوهما إلى الأوجه 001 لكبريتيد الفضة وكبريتيد الكادميوم.

يُظهر تحليل EDX لمنطقة الربط وجود الفضة وغياب الكادميوم. ويمكن تصور حصيلة وطبيعة عملية الربط الإحصائية من خلال مخطط تكراري يوضح عدد القضبان المرتبطة ضمن سلسلة من القضبان النانوية. وفي حالة عدم استخدام حمض octadecylphosphonic، لا يُلاحظ حدوث أي ربط، ويُظهر المخطط التكراري نسبة كبيرة من القضبان النانوية المفردة غير المرتبطة.

عندما يكون تركيز أيونات الفضة منخفضاً، تم الحصول على سلاسل قصيرة فقط. وأظهرت إحصائيات الربط أن السلاسل القصيرة تتميز بنسبة كبيرة من الثنائيات (dimers)، تليها الوحدات الأحادية (monomers). ويمكن توسيع عملية الربط بوساطة الفضة لتشمل قضبان نانوية وأرجل رباعية من سيلينيد الكادميوم ذات بذور من سيلينيد الكادميوم.

يمكن تحقيق شبكات متسلسلة مماثلة من هذه القضبان النانوية والأرجل الرباعية تحت الظروف المناسبة. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن إتمامها في غضون ثلاث ساعات إذا نُفذت بشكل صحيح. وأثناء محاولة تطبيق هذا الإجراء، من المهم تذكر ضمان أن تكون نقاوة الكواشف المستخدمة هي نفسها تلك المدرجة في البروتوكول الخاص بنا، حيث يمكن أن تؤثر الشوائب بشكل كبير على نتائج الاصطناع.

بعد اتباع هذا الإجراء، يمكن إجراء طرق أخرى مثل تشتت الضوء الديناميكي للإجابة على أسئلة إضافية، مثل تحديد الأحجام الهيدروديناميكية للجسيمات النانوية المرتبطة في المحلول. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية ربط البلورات النانوية شبه الموصلة غير المتماثلة عبر نهج يعتمد على التبادل الكاثارتي. لا تنسَ أن العمل مع البلورات النانوية القائمة على الكادميوم يمكن أن يكون خطيراً للغاية، ويجب دائماً اتخاذ الاحتياطات اللازمة، مثل ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة أثناء تنفيذ هذا الإجراء.