برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۹۹۷
  • بازدید این ماه ۴۵
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

خواص نقاط کوانتومی

مقدمه:

     در این مقاله به شرح مختصری از برخی خواص منحصر به فرد نقاط کوانتومی که ناشی از ابعاد آنها و خاصیت مکانیک کوانتومی آنهاست؛ پرداخته شده است.
1- خواص منحصر به فرد نقاط کوانتومی

1-1- اثر حدی

     اثر حدی کوانتمی یکی از ویژگی‌های مهم نقاط کوانتومی است. این اثر در نقاط کوانتومی منجر به خواص الکتریکی و نوری منحصر به فردی در این ترکیبات می‌گردد. اثر حدی کوانتومی زمانی بروز می‌کند که اندازه نقطه کوانتومی از یک حد بحرانی که همان شعاع اکسایتون بور است، کمتر باشد. در این حالت، خواص نوری و الکتریکی نانوذره با خواص آن در حالت توده‌ای شکل متفاوت است.

1-2-پهنای طیف تحریک و طیف نشری


     نقاط کوانتومی مزایای بسیاری نسبت به فلوروفورهای (رنگ ریزه‌ها) متداول مثل رنگ‌های آلی، پروتئین‌های فلورسانس کننده و کی لیت‌های لانتانید دارند. خواصی که بر رفتار یک فلوروفور اثر گذاشته و تعیین کننده کاربرد آن در زمینه‌های مختلف نیز می‌شوند، شامل پهنای طیف تحریک، پهنای طیف نشری، پایداری در برابر تابش نور و طول عمر فلورسانس می‌باشد. پهنای طیف تحریک در واقع به این معنی است که گستره بزرگی از انواع طول موج‌ها قابلیت این را دارند که فلوروفورها را تحریک کنند؛ به همین ترتیب، پهنای طیف نشری به معنای گستره‌ی بزرگی از طول موج‌هایی است که فلوروفورها در اثر تحریک شدن از خود ساطع _ منتشر _ می‌کنند.
یکی از مشکلات رنگ‌های آلی، باریک بودن پهنای طیف برانگیختگی _ تحریک _ و در عین حال پهن بودن طیف نشری در آنها است. این امر باعث می‌شود که تنها بتوان از یک طول موج خاص برای تحریک آنها استفاده کرد؛ بنابراین طول موج تحریک کننده بسته به نوع ترکیب آنها متفاوت خواهد بود. پهن بودن طیف‌های نشری فلوروفورهای آلی، سبب افزایش همپوشانی طیف نشری رنگ‌های مختلف می‌گردد. این مساله باعث ایجاد محدودیت در تعداد نشانگر‌های فلورسانس کننده برای نشاندار کردن مولکول‌های زیستی می‌شود؛ چرا که گاهی لازم است که چندین فلوروفور برای نشاندار کردن مولکول‌های زیستی مورد استفاده قرار بگیرد. در صورتی که طیف نشری این فلوروفورها با یکدیگر همپوشانی داشته باشد نمی‌توان به صورت همزمان نشر این چند فلورفور مختلف را دنبال کرد؛ در مقابل فلورفورهای آلی، پهنای طیف تحریک در نقاط کوانتومی زیاد است. بنابراین فرآیند تحریک در آنها با گستره وسیعی از طول موج‌ها امکان‌پذیر است. این ویژگی برانگیختگی نقاط کوانتومی را با رنگ‌های مختلف تنها توسط یک طول موج عملی می‌سازد. همچنین، پهنای طیف نشری در نقاط کوانتومی باریک است. طول موج طیف نشری در نقاط کوانتومی تنها با کنترل اندازه نانوذره، ترکیب نانوذره و پوشش سطحی آنها قابل کنترل است. در حقیقت با کنترل این پارامترها طول موج نشری آنها در گستره‌ی وسیعی از طول موج (فرابنفش تا مادون قرمز) قابل تنظیم است.

filereader.php?p1=main_b6d767d2f8ed5d21a

1-3- پایداری در برابر تابش نور


     پایداری در برابر نور یک ویژگی مهم در بسیاری از کاربردهای مبتنی بر فلورسانس است. بر خلاف فلوروفورهای آلی که تنها پس از چند دقیقه قرارگیری در برابر نور بی‌رنگ می‌شوند، نقاط کوانتومی بسیار پایدار بوده و می‌توانند به دفعات توسط شدت‌های بالای نور، تحت تابش قرار گرفته و تحریک و برانگیخته شوند. پایداری نقاط کوانتومی در برابر نور نسبت به چندین رنگ آلی متداول در مقالات مختلف گزارش شده است. پایداری نقاط کوانتومی سبب شده تا امکان پیگیری سیگنال‌های فلورسانس که جهت نشاندار کردن مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای مدت زمان بیشتری میسر باشد. طول عمر بالای فلورسانس در نقاط کوانتومی پس از برانگیختگی، در کاربردهایی مثل عکسبرداری از بافت‌های بدن بسیار مفید است. لازم به ذکر است که بافت‌های بدن به طور خود به خودی فلورسانس دارند. بنابراین در مواردی که هدف، دنبال کردن و پیگیری سیگنال فلورسانس یک مولکول خاص زیستی باشد، سیگنال فلورسانس حاصل از بافت‌های بدن می تواند به نوعی در فرآیند عکسبرداری ایجاد مزاحمت کند.

1-4- اثر لومینسانس

     نقاط کوانتومی که در تماس با سطح یک الکترود قرار می‌گیرند می‌توانند در نتیجه تابش نور از خود خواص الکتروشیمیایی نشان دهند. تحریک این ترکیبات توسط یک فوتون منجر به انتقال الکترون از لایه ظرفیت به لایه هدایت شده و یک الکترون-حفره (اکسیتون) ایجاد می‌کند. طی بازگشت الکترون از حالت برانگیخته به حالت پایه، الکترون و حفره مجددا با هم ترکیب شده و لومینسانس به وقوع می‌پیوندد.
     در صورتیکه شرایطی در محلول ایجاد شود که مدت زمان پایداری الکترون-حفره افزایش یابد به دو طریق می‌توان جریان الکتریکی را درون الکترود ایجاد کرد. در حالت اول یک الکترون دهنده در محلول حضور دارد. انتقال الکترون از ترکیب الکترون دهنده به لایه ظرفیت نقطه کوانتومی احتمال بازگشت الکترون‌های برانگیخته شده موجود در لایه هدایت به حالت پایه را کاهش داده و الکترون به الکترود منتقل می‌شود؛ این حالت منجر به تولید جریان آندی در الکترود می‌شود (شکل4-الف).
در حالت دوم یک الکترون گیرنده در محلول حضور دارد. الکترون‌های برانگیخته شده به لایه هدایت به ترکیب الکترون گیرنده موجود در محلول منتقل می‌شوند. حفره موجود در لایه ظرفیت که بار مثبت دارد توسط انتقال الکترون از الکترود به لایه ظرفیت خنثی شده و یک جریان کاتدی ایجاد می‌شود (شکل4-ب).

filereader.php?p1=main_1ff1de774005f8da1filereader.php?p1=main_37693cfc748049e45

شکل4- خاصیت فوتوالکتروشیمیایی نقاط کوانتومی تحت تابش نور
 الف) ایجاد جریان آندی در حضور ترکیب الکترون دهنده (D) در محلول
ب) ایجاد جریان کاتدی در حضور ترکیب الکترون گیرنده (A) در محلول

به طور خلاصه، می‌توان ویژگی‌های نقاط کوانتومی را تنگاتنگ با کاربرد آنها دانست؛ به عبارت دیگر برای شرح خواص و ویژگی‌های این نانوساختارها و آشنایی هر چه بهتر با رفتار آنها، بایستی به نحوه عملکردشان در جایگاه و کاربردهای مرتبط پرداخت. در ادامه این بحث  با بررسی برخی کاربردهای نقاط کوانتومی، رفتار آنها را بیش از پیش واکاوی خواهیم کرد؛ اما پیش از آن به نحوه ساخت و عوامل موثر بر رفتار آنها می‌پردازیم.

منابـــع و مراجــــع

1- کتاب مقدمه‌ای بر نانومواد، تالیف چارلز پی پول، ترجمه نیما تقوی نیا

2- Zhen.Guo, Li.Tan, Fundamentals and application of Nano materials

3- A.K.Bandyopadhyay, Nano materials

4- Edited by Yory.Gogotsi, Nano materials Handbook

5- Klaus.D.Sattler, Hand book of NanoPhysics: Nano particles & Quantom Dots

6- www.wikipedia.org