Model model şekil-Yönbağımlı kolloidal kadmiyum Chalcogenide taşınımı bağlama

Bu sentetik protokolün genel amacı, kolloidal şekil-anizotropik yarı iletken nanokristallerini, yönlendirilmiş bir tutunma süreci aracılığıyla yüzeyden yüzeye bağlamaktır. Bu yöntem, çözeltiyle işleme yeteneğini korurken partikler arası yük taşınımını iyileştirme ihtiyacı gibi kolloidal nanoparçacık tabanlı optoelektronik alanındaki temel sorunları potansiyel olarak çözebilmektedir. Bu tekniğin temel avantajı, yüzeyden yüzeye bağlama sürecinin çeşitli şekil ve boyutlardaki yarı iletken nanoparçacıklara uygulanabilmesidir.

Belirli reaksiyon ve koşullar altında, şekil bakımından anizotropik yarı iletken nanokristallerde değişim reaksiyonları gerçekleştirirken yönlendirilmiş bağlanma belirtileri gözlemlediğimizde bu yöntem için ilk fikri edindik. Prosedür, laboratuvarımdaki lisansüstü öğrenciler Xuanwei Ong ve Shashank Gupta tarafından gösterilecektir. Öncelikle, 15 millilitrelik, üç ağızlı yuvarlak tabanlı bir balona TOPO, kadmiyum oksit, heksilfosfonik asit ve oktadesilfosfonik asit ekleyin.

Karışıma manyetik karıştırma çubuğu eklendikten sonra, delinmiş bir kauçuk septum aracılığıyla sıcaklık probunu yerleştirin ve balonun kordonlarından birini septumla kapatın. Reflü kondanserini yuvarlak dip balonun üzerine monte edip bir adaptör aracılığıyla bağlayın, ardından kalan portu kauçuk bir septumla kapatın. Tüm cam elastik eklemlere yüksek vakumlu gres uyguladıktan sonra, karıştırma karışımını 150 °C'ye ısıtın ve gazlarını gidermek için bir buçuk saat boyunca vakum altında tutun.

Ardından, önceden hazırlanmış 1,8 mililitre TLP sülfür stok çözeltisini 10 milimetrelik tek boyunlu yuvarlak tabanlı bir balona ekleyin ve kauçuk bir septumlla kapatın. Balona önceden hazırlanmış 80 nanomol vürtsit kadmiyum selenür kuantum noktaları telluwin çözeltisi ekleyin ve ardından telluwin'i 70 derece santigrat sıcaklıkta vakum altında uzaklaştırın. Çözeltinin 800 RPM'de karıştırılarak 30 dakika daha gazdan arındırılmasına izin verin.

Kadmiyum öncülünü içeren balon jojeyi azot altına yerleştirin ve sıcaklığı 350 °C'ye yükseltin. 320 °C'de, kauçuk septuma aracılığıyla balon jojeye 1,8 mL TLP ekleyin. 350 °C'de, kuantum noktalarını içeren TLP sülfür çözeltisini bir şırınga ile çekin ve kadmiyum öncülü içeren balon jojeye hızla enjekte edin.

Nanorodların büyümesine olanak sağlamak için çözeltiyi 800 RPM'de altı dakika daha karıştırın. Ardından, ısıtıcı mantoyu kaldırın ve çözeltiyi ortam koşulları altında oda sıcaklığına soğutun. Nanorod 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 2.240 x G'de üç dakika boyunca santrifüjleyin. Süpernatantı attıktan sonra, nanorodları dağıtmak için çökelteye beş mililitre telluwin ekleyin.

Önceki işlem adımlarının iki ila üç döngüsü tamamlandıktan sonra, nanorodları daha sonra kullanmak üzere beş mililitre telluwin içinde dağıtın. Ardından, elektron mikroskobu analizi için sürekli karbon film ile kaplanmış 300 mesh bakır ızgara üzerine nanorod çözeltisinden bir damla yerleştirin. Fazla çözeltiyi emici bir kağıtla alın ve numunenin oda sıcaklığında kurumasına izin verin.

Şimdi, işlenmiş nanocorodlardan 20 µL'yi üç mL telluwin'e ekleyerek, stok çözeltideki kadmiyum selenid tohumlu kadmiyum sülfür nanocorodların konsantrasyonunu belirleyin. 350 nm'deki absorbansı ölçün ve bu dalga boyundaki bilinen molar absorptiviteyi kullanarak nanocorod konsantrasyonunu hesaplayın. 0,14 g dodeksilaminin beş mL etanole eklenmesiyle bir dodeksilamin stok çözeltisi hazırlayın.

Çözeltinin katlandığından emin olmak için, çözeltiyi 37 kilohertz ve 320 watt değerlerinde yaklaşık beş dakika boyunca sonike edin. Bunu takiben, uygun konsantrasyonda bir mililitre nanocrystal çözeltisi hazırlayın. Nanocrystal çözeltisine altı miligram octadecylphosphonic acid ekleyin ve 37 kilohertz ve 320 watt değerlerinde 10 dakika boyunca sonike edin.

Oktadesilfosfonik asidin nanokristal çözeltisi içinde tamamen çözünmesi kritik olduğundan, sonikasyon işlemi sırasında çözelti karışımını manuel olarak çalkalayın. Ayrı bir tüpte, uygun konsantrasyondaki bir mililitre gümüş nitrür çözeltisi ile bir mililitre dodekilsamin stok çözeltisini karıştırın. Bir manyetik karıştırıcı ekleyin ve çözeltiyi 800 RPM'de şiddetli bir şekilde karıştırın; karıştırma işlemi sürerken tüpe bir mililitre nanokristal çözeltisi ekleyin ve reaksiyonun metin protokolüne göre uygun süre boyunca ilerlemesine izin verin.

Reaksiyon sonunda karıştırmayı durdurun ve çözeltinin fazlarına ayrılmasına izin verin. Ardından, alttaki sulu tabakayı uzaklaştırın. Nanokristallerin çökelmesini sağlamak için organik tabakaya beş mililitre metanol ekleyin.

Ardından, karışımı 2.240 x G'de üç dakika boyunca santrifüjleyin. Süpernatantı attıktan sonra, ürünü daha fazla karakterizasyon için yeniden dağıtmak amacıyla bir mililitre telluwin ekleyin. Kadmiyum selenürle tohumlanmış kadmiyum sülfür nanorodları model sistem olarak kullanılarak, nanorod uçlarının fasetlerini gümüş sülfür uçlara dönüştürmek için kısmi bir gümüş iyon değişim işlemi gösterilmiştir.

Okta-desilfosfonik asit ile reaksiyona girdikten sonra, dodecilamin ligandları yüzeyden desorbe olmuş, fasetler birbirine kaynamış ve bağlantılı nanorod zincirleri oluşturmuştur. Hibrit çözeltinin eklem bölgeleri üzerindeki TEM analizi, gümüş sülfür domenleri ve iki nanorodla temas eden amputextil kontaklarını göstermektedir. İlk Fourier dönüşümü analizi, gümüş sülfür ve kadmiyum sülfürün 001 fasetlerine atfedilebilecek iki örgü sabitini ortaya çıkarmaktadır.

Bağlantı bölgesi üzerinde yapılan EDX analizi, gümüşün mevcut olduğunu ve kadmiyumun bulunmadığını göstermektedir. Bağlanma işleminin verimi ve istatistiksel doğası, bir nanorod zinciri içinde bağlanan rodların sayısını gösteren bir histogram aracılığıyla görselleştirilebilir. Oktadesilfosfonik asit olmadığında herhangi bir bağlanma gözlemlenmez ve histogram, bağlanmamış tekil nanorodların yüksek bir oranını gösterir.

Düşük gümüş iyon konsantrasyonunda yalnızca kısa zincirler elde edildi. Bağlanma istatistiklerine göre, kısa zincirler önemli bir oranda dimerlerin, ardından monomerlerin bulunduğu bir yapı sergilemiştir. Gümüş aracılı bağlanma süreci, kadmiyum selenid tohumlu kadmiyum selenid nanorodlara ve tetrapodlara da genişletilebilir.

Uygun koşullar altında, bu nanonubukların ve tetrapodların benzer zincirli ağları elde edilebilir. Bu teknik bir kez kavrandığında, doğru şekilde uygulandığı takdirde üç saat içinde tamamlanabilir. Bu prosedürü uygularken, kullanılan reaktiflerin saflığının protokolümüzde listelenenlerle aynı olduğundan emin olmak önemlidir; çünkü safsızlıklar sentez sonuçlarını önemli ölçüde etkileyebilir.

Bu prosedürün ardından, çözeltideki bağlı nanopartiküllerin hidrodinamik boyutlarının ne olduğu gibi ek soruları yanıtlamak için dinamik ışık saçılması gibi diğer yöntemler uygulanabilir. Bu videoyu izledikten sonra, katarsis değişimine dayalı bir yaklaşımla anizotropik yarı iletken nanokristallerin nasıl bağlanacağı konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız. Kadmiyum bazlı nanokristallerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken uygun kişisel koruyucu ekipman giymek gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.