Оглавление
- 1 Квантовая точка
- 1.1 Квантовые точки: определение и свойства
- 1.2 Характеристики и применение
- 1.3 Конструкции с сердечником/оболочкой
- 1.4 Производство квантовых точек
- 1.5 Преимущества и ограничения
- 1.6 Методы коллоидного синтеза
- 1.7 Изготовление квантовых точек
- 1.8 Вирусная сборка и электрохимическая сборка
- 1.9 Массовое производство
- 1.10 Квантовые точки, не содержащие тяжелых металлов
- 1.11 Здоровье и безопасность
- 1.12 Оценка токсичности квантовых точек
- 1.13 Оптические свойства квантовых точек
- 1.14 Приложения квантовых точек
- 1.15 Биология и квантовые точки
- 1.16 Применение квантовых точек в биологии
- 1.17 Нацеливание на опухоль
- 1.18 Интраоперационное обнаружение опухолей
- 1.19 Фотоэлектрические устройства
- 1.20 Солнечные элементы
- 1.21 Светодиоды
- 1.22 Фотоприемные устройства
- 1.23 Фотокатализаторы
- 1.24 Фотокатализ и квантовые точки
- 1.25 Фундаментальное материаловедение
- 1.26 Теория квантовых точек
- 1.27 Квантовое ограничение в полупроводниках
- 1.28 Моделирование квантовых точек
- 1.29 История квантовых точек
- 1.30 Полный текст статьи:
- 2 Квантовая точка — Arc.Ask3.Ru
Квантовая точка
-
Квантовые точки: определение и свойства
- Полупроводниковые частицы размером в несколько нанометров
- Обладают оптическими и электронными свойствами, отличающимися от более крупных частиц
- Возбуждаются ультрафиолетовым излучением, излучая свет
-
Характеристики и применение
- Удерживают электроны или электронные дырки, напоминая атомные спектры
- Обладают свойствами, промежуточными между объемными полупроводниками и атомами
- Применяются в одноэлектронных транзисторах, солнечных элементах, светодиодах, лазерах и других устройствах
-
Конструкции с сердечником/оболочкой
- Покрываются органическими лигандами для контроля роста и диспергирования
- Полупроводниковый слой вокруг ядра улучшает флуоресцентные свойства
- Существуют 4 основные категории гетероструктур: тип I, обратный тип I, тип II и обратный тип II
-
Производство квантовых точек
- Включает коллоидный синтез, самосборку и электрическое стробирование
- Коллоидный синтез: нагревание раствора до высокой температуры, контроль концентрации мономеров
- Типичные точки изготавливаются из бинарных и тройных соединений, включая перовскит
-
Преимущества и ограничения
- Преимущества: высокая эффективность, возможность суспендирования в растворе, использование в тонких пленках
- Ограничения: органические лиганды снижают квантовый выход, необходимость пассивации поверхности
-
Методы коллоидного синтеза
- Перспективны для коммерческого применения благодаря масштабируемости и удобству использования.
- Плазменный синтез используется для получения квантовых точек с ковалентными связями.
- Размер, форма и состав квантовых точек контролируются в нетепловой плазме.
-
Изготовление квантовых точек
- Электростатический потенциал создается внешними электродами, легированием, деформацией или примесями.
- Самособирающиеся квантовые точки имеют размеры от 5 до 50 нм.
- Квантовые точки могут быть созданы из двумерных электронных или дырочных газов.
-
Вирусная сборка и электрохимическая сборка
- Генетически модифицированные вирусы позволяют создавать биокомпозитные структуры с квантовыми точками.
- Электрохимические методы также используются для сборки высокоупорядоченных массивов квантовых точек.
-
Массовое производство
- Высокотемпературная двойная инжекция масштабирована для коммерческих применений.
- Процесс молекулярного затравливания обеспечивает воспроизводимый способ получения высококачественных квантовых точек.
- Перенос методики горячего инжектирования на техническую систему непрерывного потока позволяет увеличить объемы производства.
-
Квантовые точки, не содержащие тяжелых металлов
- Разработаны квантовые точки, не содержащие кадмий, для использования в потребительских товарах.
- Пептиды исследуются как потенциальный материал для квантовых точек.
-
Здоровье и безопасность
- Некоторые квантовые точки могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.
- Исследования токсичности квантовых точек сосредоточены на частицах, содержащих кадмий.
-
Оценка токсичности квантовых точек
- Токсичность зависит от размера, заряда, концентрации, химического состава и лигандов.
- КТ CdSe выделяют ионы кадмия при окислении, что вызывает гибель клеток.
- КТ II–VI групп индуцируют образование активных форм кислорода, повреждающих клеточные компоненты.
- Внутриклеточные пути концентрируют КТ в органеллах, что может привести к уникальным проявлениям токсичности.
- КТ могут локализоваться в клеточном ядре, вызывая мутации ДНК.
- Внутриклеточная доза является основным фактором токсичности.
-
Оптические свойства квантовых точек
- Квантовые точки перестраивают ширину запрещенной зоны, изменяя размер.
- Время жизни флуоресценции зависит от размера КТ.
- Оболочки из полупроводникового материала улучшают квантовый выход флуоресценции.
-
Приложения квантовых точек
- Квантовые точки перспективны для оптических применений из-за высокого коэффициента затухания и сверхбыстрой оптической нелинейности.
- Они могут использоваться в диодных лазерах, усилителях и биологических датчиках.
- Квантовые точки могут возбуждаться в локально усиленном электромагнитном поле.
- Высококачественные КТ подходят для оптического кодирования и мультиплексирования.
-
Биология и квантовые точки
- Квантовые точки превосходят органические красители по яркости и стабильности.
- Они используются для высокочувствительной клеточной визуализации и отслеживания молекул и клеток.
- Квантовые точки обладают антибактериальными свойствами и могут убивать бактерии.
- Полупроводниковые КТ используются для визуализации предварительно меченых клеток in vitro.
-
Применение квантовых точек в биологии
- Использование в качестве донорных флуорофоров в FRET
- Избирательное возбуждение донора КТ и минимальное возбуждение акцептора красителя
- Модель FRET предполагает аппроксимацию КТ как точечного диполя
-
Нацеливание на опухоль
- Активное нацеливание: функционализация КТ опухолеспецифичными сайтами связывания
- Пассивное нацеливание: улучшенное проникновение и удержание опухолевых клеток
- Токсичность КТ in vivo, но стабильные полимерные покрытия снижают токсичность
-
Интраоперационное обнаружение опухолей
- Квантовые точки как неорганический флуорофор для флуоресцентной спектроскопии
- Сжатие клеток для эффективной доставки КТ без агрегации и потери жизнеспособности клеток
-
Фотоэлектрические устройства
- Настраиваемый спектр поглощения и высокие коэффициенты поглощения
- Квантовые точки могут повысить эффективность кремниевых фотоэлектрических элементов
- Квантово-ограниченные основные состояния коллоидных КТ обеспечивают генерацию фототока из фотонов с энергией ниже основной запрещенной зоны
-
Солнечные элементы
- Ароматические самособирающиеся монослои улучшают выравнивание полос на электродах
- Гибридные солнечные элементы с коллоидными КТ и органическими материалами
- Монокристаллические нанопроволоки ZnO с квантовыми точками CdSe для чувствительных к КТ солнечных элементов
-
Светодиоды
- Квантовые точки излучают монохроматический свет, что делает их более эффективными
- Дисплеи на квантовых точечных светодиодах (QD-LED) и дисплеи на квантовых точечных белых светодиодах (QD-WLED)
- Электролюминесцентный метод: встраивание КТ в каждый пиксель и активация электрическим током
-
Фотоприемные устройства
- Фотодетекторы на квантовых точках (КТД) могут быть изготовлены из раствора или монокристаллических полупроводников
- КТД, обработанные раствором, легко интегрируются с различными подложками и могут использоваться в камерах, машинном зрении и биомедицинской визуализации
-
Фотокатализаторы
- Квантовые точки функционируют как фотокатализаторы для управляемого светом химического превращения воды в водород
-
Фотокатализ и квантовые точки
- Фотокатализ использует электронно-дырочные пары для окислительно-восстановительных реакций.
- Активность точек зависит от размера и степени квантового удержания.
- Поверхностно-активные вещества замедляют процессы массопереноса и переноса электронов.
- Квантовые точки из халькогенидов металлов химически нестабильны.
-
Фундаментальное материаловедение
- Квантовые точки могут создавать искусственные молекулы и сверхрешетки.
- Точная сборка квантовых точек приводит к уникальным оптическим и электронным свойствам.
-
Теория квантовых точек
- Квантовые точки описываются как точечные объекты нулевого измерения.
- Свойства зависят от размеров, формы и материалов.
- Квантовое ограничение проявляется при размерах меньше критического.
-
Квантовое ограничение в полупроводниках
- Энергетические уровни зависят от длины коробки.
- Кулоновское взаимодействие между электроном и дыркой влияет на режимы удержания.
- Эффект квантового удержания подтвержден экспериментально.
-
Моделирование квантовых точек
- Квантово-механические модели включают взаимодействие электронов с псевдопотенциальной матрицей.
- Полуклассические модели включают химический потенциал.
- Классические модели аналогичны задаче Томсона.
-
История квантовых точек
- Первые квантовые точки синтезированы в 1981 году.
- Термин «квантовая точка» введен в 1986 году.
- Нобелевская премия по химии 2023 года присуждена за открытие и синтез квантовых точек.