بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله، تعدادی از روشهای اساسی را که شامل تلاشهای مداوم جهت واقعیت بخشیدن به ابزارهای عملی اپتوالکترونیک، الکترونیک و پردازش اطلاعات بر اساس مجموعه نقاط کوانتومی فراهم شده، بیان میکند. تنوع زیاد چنین ساختارهایی، آنها را برای ساخت ابزارهایی جهت کاربردهای شامل فتولومینسنت، دیود نور گسیللِ - د - ، نمایشگرها، فتودتکتورها، ابزارهای فتوولتایی و سلولهای خورشیدی، ترانزیستورهای اثر میدان و فتوکنداکتور امکانپذیر ساخته است.
همچنین، نقاط کوانتومی کلوئیدی برای فنآوری وابسته نظیر نانوبیوفناوری جهت بررسی تغییرات در بیومولکولها با استفاده از نقاط کوانتومی لومینسنت کاربرد دارد. خواص نوری منحصر بفرد کیودیها وابسته به اندازهشان، انگیزه تحقیقات فزایندهای را برای استفاده از آنها در نسل بعدی فناوریهای اپتوالکترونیک و زیستپزشکی فراهم کردهاند. پیشبینی میشود که بازار محصولات مبتنی بر کیودی به خصوص در بخش اپتوالکترونیک به سرعت رشد کند.
مقدمه
نقاط کوانتومی - کیودی - ، دستهای از نانو ذرات یا نانو بلورهای نیمهرسانا، به دلیل اندازه کوچکشان، با خصوصیات نوری و الکتریکی منحصر به فردی هستند که الکترونها در پیدایش این خصوصیات، نقش کلیدی ایفا کرده و توانایی نشر نور با رنگ-های مختلف را دارا میباشند و رنگ نور به اندازه بلور آنها، بستگی دارد. از این رو، کیودی با عبور جریان الکتریسیته، نور را متصاعد میکنند یا با جذب نور، نور را انتشار میدهند. برحسب اندازهنقطه طول موج نور جذب شده متفاوت است.
مثلاً یک نقطه کوانتوم 2 نانومتری نور قرمزی را جذب میکند که طول موج بیشتری دارد 780 - نانومتر - و نور آبی منتشر میکند و یک نقطه کوانتوم 8 نانومتری نور آبی را جذب میکند و نور قرمز منتشر میکند - . - Polina et al, 2007 از آنجا که نمایشگر کریستال مایع - السیدی - نمیتواند از خودش نور منتشر کند، نیاز به یک منبع نور مانند منبع نور گسیل پشت دارد. السیدی با نور گسیل پشت لد از سه رنگ اصلی قرمز سبز آبی - - Yanqin et al, 2006، برای تولید نور سفید استفاده میکند. با این حال، لدالسیدی از لدهای آبی استفاده میکند که با یک فسفر زرد پوشانده شده تا بتوانند نور سفید ایجاد کنند.
این بررسی توان بالقوه کیودیهای نوری و الکتریکی را برای روشنایی با کیفیت رنگ و فنآوریهای صفحه نمایش نشان میدهد. کاربردهای اولیه لومینسانس کیودی، مهار انتشار القا شده نوری کیودیهای کلوئیدی برای استفاده در نور پس زمینه صفحه نمایش کریستال مایع و در مبدلهای فرکانس پائین مرئی و نزدیکی مادون قرمز - انآیآر - برای منابع روشنایی حالت جامد اورگانیک و غیراورگانیک میباشد
نمایشگرهای لداورگانیک - اُلد - نمایشگری است که از اجزای اورگانیک ساخته شده است که در پاسخ به جریان الکتریسیته از خودشان نور منتشر میکنند. هر پیکسل میتواند از خودش نور بدهد. بنابراین مشکلی در نور از نظر نشت نور گسیل پشت از طریق این نمایشگرها وجود ندارد. لد که بر اساس کیودی کار کند، کیودیلد شناخته میشود. نمایشگرهای کیودیلد نسخه بهبود یافتهای است که به جای استفاده از لد آبی با فسفر زرد، از اجزای کیودی برای ایجاد نور سفید، استفاده میکنند. کیودی نور آبی را جذب کرده و آن را به قرمز و سبز تبدیل میکند تا رنگ سفید را ایجاد کنند. در طی این فرآیند، رنگهای دقیقی تولید میشوند.در نتیجه، اُلد بسیار متفاوت از کیودی است
کیودی
هر گاه هر سه بعد ماده در مقیاس نانومتری قرار گیرد، ساختار حاصل را کیودی مینامیم. رفتار نوری کیودیها بدین ترتیب است که با تاباندن پرتوی فرابنفش به آنها، نور مرئی با طول موجهای گوناگون از آنها ساطع میشود. در کیودیهای کوچکتر، گاف انرژی بزرگتر است و در کیودیهای بزرگتر، گاف انرژی کوچکتر است. با تاباندن پرتوی فرابنفش به کیودیهای کوچکتر، الکترونهایی که به نوار انرژی بالاتر میروند، هنگام از دست دادن انرژی اضافی و بازگشت به حالت پایدار، گاف انرژی بزرگتری را طی میکنند و لذا پرتوی نور مرئی که ساطع میکنند دارای انرژی بیشتر، و متمایل به رنگ آبی است.
همچنین با تاباندن پرتوی فرا بنفش به کیودیهای بزرگتر، الکترونهایی که به نوار انرژی بالاتر میروند، هنگام از دست دادن انرژی اضافی و بازگشت به حالت پایدار، گاف انرژی کوچکتری را طی میکنند و لذا پرتوی نور مرئیای که ساطع میکنند دارای انرژی کمتر بوده، و متمایل به رنگ قرمز است. کیودیها یا نانوبلورها در دسته نیمهرساناها جای میگیرند. نیمهرساناها اساس صنایع الکترونیک جدید هستند و در ابزارهایی مانند لد و رایانههای خانگی به کار گرفته میشوند. اهمیت نیمهرساناها در این است که رسانایی الکتریکی این مواد را میتوان با محرکهای خارجی مانند میدان الکتریکی یا تابش نور تغییر داد، تا حدی که از نارسانا به رسانا تبدیل شوند و مانند یک کلید عمل کنند.
این خاصیت، نیمهرساناها را به یکی از اجزای حیاتی انواع مدارهای الکتریکی و ابزارهای نوری تبدیل کرده است. پس در ساخت کیودیها، انتخاب نوع نیمهرسانا برای کاربردهای مورد نظر نقش اساسی را دارد و کاربرد کیودی باید مورد تاکید قرار گیرد. ساخت کیودی بصورت حساس بستگی به عدم تطابق ضریب شبکه مواد دارد و همین کشش و فشار باعث بوجود آمدن کیودی روی سطح میشود. بعلاوه، باندگپ بزرگتر ساباستریت در مقایسه با کیودی باعث حبس الکترون و حفره در لایههای انرژی گسسته در داخل کیودی میشود.
سطوح انرژی از هم گسسته به کیودیها یک ویژگی مهم را میدهد. بازترکیب الکترون و حفرهها باعث انتشار یک طول موج مشخص و شناخته شده میشود
شکل - 1 - انرژی نوارهای رسانایی - Ec - در نیمهرساناهای مختلف با خط بریده و انرژی نوارهای ظرفیت - - Ev باخط توپر نشان داده شده اند.تمام انرژیها نسبت به سطح خلا بر حسب الکترون ولت - eV - اندازهگیری شدهاند.
شکل - 2 - در اینجا پایینترین اوربیتالهای مولکولی اشغال نشده - LUMO - و بالاترین اوربیتالهای مولکولی اشغال شده - - HOMO با انتخاب پلیمرهای رسانا نشان داده شدهاند. پلی -2متوکسی -2 - 5اتیل - هگزوکسی فنیلین وینیلین - MEH-PPV - ، پروکسی دیسولفات - PDS - ، پلی 3و-4دیسیانوتیوفن - PDCTh - ، پلی وینیل پیرالیدول - PvPy - ، پلی -3هگزیل تیوفن - P3HT - ، پلی فنیلن وینیلن - - PPV، 3و4و9و-10پریلن تترا کربوکسیلیک دیانیدرید - PTCDA - ، کوپر-فتالوسیانین - CuPc - ، N و N' -دیفنیل- N و N' بیس -1 - نفتیل - -1'-1 بینفتیل-4''-4 آمین -NPD - - ؛ انرژیهای LUMO و HOMO نسبت به انرژی خلاء - Evac - و بر حسب الکترون ولت - eV - اندازهگیری شدهاند.
کیودی کلوئیدی در تحقیق اولیه مایکل فارادی مورد مطالعه قرار گرفت، اما در دو دهه گذشته، پیشرفتهای متعددی در استفاده از کیودیها بصورت کاربردی حاصل شده است. در ابتدا، کیودیهای خود جفت شده - اپیتاکسیال - در طی رشد بر روی سطح نیمه رسانای دو بعدی به وسیله انجمن ابزارهای نیمه رسانای بین المللی مورد مطالعه قرار گرفته است. دوم اینکه، در طول 10 سال گذشته، آن انجمن به طور روزافزون، بر روی مطالعه کاربردهای کیودیهای نیمهرسانای کلوئیدی نیز تمرکز کرده است.
کاربرد مجموعه کیودیهای کلوئیدی در ابزارهای اپتوالکترونیک با پیشرفتهای در حال بهرهبرداری، از جمله: - الف - پیشرفت در استفاده از پیوند دهندهها / جدا کنندههای مولکولی؛ - ب - توانایی جمعآوری کیودی ها در مجموعهها؛ - ج - توانایی پراکندگی کیودی ها در پلیمرهای رسانا؛ و - د - تلاشهای مدلسازی که مزایای استفاده از چنین مجموعههای کیودی را در ابزارهای کاربردی پیشبینی کردهاند، مورد توجه قرار گرفته است.
بسیاری از ابزارهای مختلف اپتوالکترونیک نظیر فتودتکتورها، سلولهای خورشیدی و منابع فوتونی به صورت بالقوه بر اساس انواع کیودیها با طیف وسیعی از باندهای انرژی، همانند شکل - 1 - و گستره وسیعی از انرژیهای پائینترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده - LUMO - و بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده - HOMO - پلیمرهای رسانا، همانند شکل - 2 - بطور بالقوه قابل اجرا هستند. با جاسازی کیودیهای کلوئیدی در پلیمرهای رسانا، جمعآوری الکترونها در پلیمرهای رسانای انتخابی حفرهها در دیگر پلیمرهای رسانا امکانپذیر است
