Model model şekil-Yönbağımlı kolloidal kadmiyum Chalcogenide taşınımı bağlama

Bu sentetik protokolün genel amacı, kolloidal şekilli anizotropik yarı iletken nanokristalleri, yönlendirilmiş bir bağlanma işlemi yoluyla fasetten fasete bağlamaktır. Bu yöntem, çözelti işleme kabiliyetini korurken parçacıklar arası yük taşınmasını iyileştirme ihtiyacı gibi kolloidal nanoparçacık bazlı optoelektronik alanındaki temel sorunları potansiyel olarak ele alabilir. Bu tekniğin temel avantajı, fasetten fasete bağlama işleminin çeşitli şekil ve boyutlardaki yarı iletken nanopartiküllere uygulanabilmesidir.

Bu yöntem için ilk olarak, belirli reaksiyonlar ve koşullar altında anizotropik yarı iletken nanokristaller şeklinde değişim reaksiyonlarının gerçekleştirilmesinde yönlendirilmiş bağlanma belirtileri gözlemlediğimizde aklımıza geldi. Prosedürü gösterenler, laboratuvarımdan yüksek lisans öğrencileri olan Xuanwei Ong ve Shashank Gupta olacak. İlk olarak, 15 mililitrelik, üç boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişeye TOPO, kadmiyum oksit, heksilfosfonik asit ve oktadesilfosfonik asit ekleyin.

Karışıma manyetik bir karıştırma çubuğu ekledikten sonra, delinmiş bir kauçuk septumdan bir sıcaklık probu yerleştirin ve şişenin kordonlarından birini septum ile kapatın. Geri akış kondansatörünü yuvarlak tabanlı şişeye monte edin ve bir adaptör aracılığıyla bağlayın, ardından kalan portu kauçuk bir septum ile kapatın. Tüm cam elastik derzlere yüksek vakumlu gres uyguladıktan sonra, karıştırma karışımını 150 santigrat dereceye ısıtın ve gazını almak için bir buçuk saat vakum altına koyun.

Daha sonra, 10 milimetrelik tek boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişeye 1.8 mililitre önceden hazırlanmış bir TLP sülfür stok çözeltisi ekleyin ve kauçuk bir septum ile kapatın. Önceden hazırlanmış bir wurtzite kadmiyum selenit kuantum noktalarının 80 nanomolünde telluwin çözeltisini şişeye yerleştirin ve ardından telluwin'i 70 santigrat derecede vakum altında çıkarın. Çözeltinin 800 RPM'de karıştırılarak 30 dakika daha gazdan arındırılmasına izin verin.

Kadmiyum öncüsünü içeren yuvarlak tabanlı şişeyi nitrojen altına yerleştirin ve sıcaklığı 350 santigrat dereceye yükseltin. 320 santigrat derecede, kauçuk septumdan yuvarlak tabanlı şişeye 1.8 mililitre TLP ekleyin. 350 santigrat derecede, kuantum noktalarını içeren TLP sülfür çözeltisini bir şırıngaya çekin ve kadmiyum öncüsünü içeren yuvarlak tabanlı şişeye hızla enjekte edin.

Nanoçubukların büyümesine izin vermek için çözeltinin 800 RPM'de altı dakika daha karışmasına izin verin. Ardından, ısıtma mantosunu çıkarın ve çözeltiyi ortam koşulları altında oda sıcaklığına soğutun. Nanoçubukların çözeltisini işlemek için, büyüme çözeltisine iki mililitre telluwin ekleyin ve tüm karışımı 50 mililitrelik bir santrifüj tüpüne aktarın.

Karışıma 30 mililitre metanol ekleyin. Ardından, elde edilen süspansiyonu üç dakika boyunca 2.240 x G'de santrifüjleyin. Süpernatanı attıktan sonra, nanoçubukları dağıtmak için çökeltiye beş mililitre telluwin ekleyin.

Önceki işlem adımlarının iki ila üç döngüsünün ardından, nanoçubukları daha fazla kullanım için beş milimetre telluwin içinde dağıtın. Daha sonra, elektron mikroskobu analizi için sürekli bir karbon film ile kaplanmış 300 gözenekli bir bakır ızgaraya nanoçubuk çözeltisinden bir damla yerleştirin. Fazla çözeltiyi adsorban bir kağıtla çıkarın ve numunenin oda sıcaklığında kurumasını bekleyin.

Şimdi, üç mililitre telluwin'e 20 mikrolitre işlenmiş nanoçubuk ekleyerek, stok çözeltisindeki kadmiyum selenit tohumlu kadmiyum sülfür nanoçubukların konsantrasyonunu belirleyin. 350 nanometrenin emicilerini ölçün ve bu dalga boyunda bilinen molar absorptiviteyi kullanarak nanoçubukların konsantrasyonunu hesaplayın. Beş mililitre etanole 0.14 gram dodesilamin ekleyerek bir dodesilamin stok çözeltisi hazırlayın.

Katlanmış çözeltiyi sağlamak için çözeltiyi 37 kilohertz ve 320 watt'ta yaklaşık beş dakika boyunca sonikleştirin. Bunu takiben, uygun konsantrasyonda bir mililitrelik nanokristal çözeltisi hazırlayın. Nanokristal çözeltiye altı miligram oktadesilfosfonik asit ekleyin ve 37 kilohertz ve 320 watt'ta 10 dakika boyunca sonikat yapın.

Nanokristal çözelti içinde oktadesilfosfonik asidi tamamen çözmek kritik olduğundan, sonikasyon sırasında çözelti karışımını manuel olarak çalkalayın. Ayrı bir şişede, uygun konsantrasyonda bir mililitre gümüş nitrür çözeltisi ve bir mililitre dodesilamin stok çözeltisi karıştırın. Manyetik bir karıştırma çubuğu ekleyin ve çözeltiyi 800 RPM'de kuvvetlice karıştırın, karıştırırken, şişeye bir mililitre nanokristal çözelti ekleyin ve reaksiyonun metin protokolüne göre uygun süre boyunca ilerlemesine izin verin.

Reaksiyonun sonunda, karıştırmayı durdurun ve çözeltinin faz olarak ayrılmasına izin verin. Ardından, alt sulu tabakayı çıkarın. Nanokristalleri çökeltmek için organik katmana beş mililitre metanol ekleyin.

Ardından, karışımı üç dakika boyunca 2.240 x G'de santrifüjleyin. Süpernatanı attıktan sonra, daha fazla karakterizasyon için ürünü yeniden dağıtmak için bir mililitre telluwin ekleyin. Model sistem olarak kadmiyum selenit tohumlu kadmiyum sülfür nanoçubuk kullanılarak, nanoçubuk uçlarının fasetlerini gümüş sülfür uçlarına dönüştürmek için kısmi bir gümüş iyonu değişim işlemi gösterilmiştir.

Oktadesilfosfonik asit ile reaksiyona girdikten sonra, yüzeyden desorbe edilen dodesilamin ligandları ve fasetler birbirine kaynaşır ve bağlı nanoçubuk zincirleri oluşturur. Hibrit çözüm, eklem bölgelerinde yapılan TEM analizi, gümüş sülfür alanlarını ve iki nanoçubuk ile amputekstil temaslarını gösterir. İlk fourier dönüşümü analizi, gümüş sülfür ve kadmiyum sülfürün 001 fasetlerine atfedilebilecek iki kafes sabitini ortaya çıkarır.

Bağlantı bölgesi üzerindeki EDX analizi, gümüşün varlığını ve kadmiyumun yokluğunu gösterir. Bağlama işleminin verimi ve istatistiksel doğası, bir nanoçubuk zinciri içinde bağlanan çubukların sayısını gösteren bir histogram aracılığıyla görselleştirilebilir. Oktadesilfosfonik asit olmadan, hiçbir bağlanma gözlenmez ve histogram, tek bağlanmamış nanoçubukların büyük bir bölümünü gösterir.

Düşük gümüş iyonu konsantrasyonu ile sadece kısa zincirler elde edildi. Bağlama istatistikleri, dimerlerin önemli bir kısmının kısa zincirler özelliğiydi ve bunu monomerler izledi. Gümüş aracılı bağlama işlemi, kadmiyum selenit tohumlu kadmiyum selenit nanoçubuklarına ve tetrapodlara genişletilebilir.

Uygun koşullar altında, bu nanoçubukların ve tetrapodların benzer zincirleme ağları elde edilebilir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa üç saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, safsızlıklar sentetik sonuçları önemli ölçüde etkileyebileceğinden, kullanılan reaktiflerin saflığının protokolümüzde listelenenlerle aynı olduğundan emin olmayı unutmamak önemlidir.

Bu prosedürü takiben, çözeltideki bağlı nanopartiküllerin hidrodinamik boyutları nelerdir gibi ek soruları yanıtlamak için dinamik ışık saçılımı gibi diğer yöntemler gerçekleştirilebilir. Bu videoyu izledikten sonra, anizotropik yarı iletken nanokristallerin katartik değişim tabanlı bir yaklaşımla nasıl bağlanacağını iyi anlamış olmalısınız. Kadmiyum bazlı nanokristallerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken her zaman uygun kişisel koruyucu ekipman giymek gibi önlemlerin alınması gerektiğini unutmayın.