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了解制造耦合纳米晶体固体的最佳工艺

更好地理解用于开发量子点(微小半导体纳米晶体)的著名技术的基础科学,可以帮助减少当前实践中的猜测,因为材料科学家利用它们来制造更好的太阳能电池板和数字显示器。

直径仅为一米的十亿分之一的量子点通常在溶液中制备,然后涂上或以墨水的形式喷射出来,形成用于制造设备的导电薄膜。材料科学家艾哈迈德·r·基尔马尼(Ahmad R. Kirmani)说:“但找到实现这一目标的最佳方法一直是一个反复试验的过程。”现在,他与KAUST和加拿大多伦多大学的同事们一起揭示了为什么某些著名的技术可以极大地提高电影的性能。

量子点吸收和发射不同波长的光取决于它们的大小。这意味着它们可以被调谐成太阳能电池板上高效的吸收器,或者仅仅通过使晶体变大或变小,就可以为显示屏发出不同的颜色。

这些点通常是由铅和硫在溶液中生长而成的。因为这些点的性质取决于它们的大小,它们的生长必须在正确的点停止,这是通过添加特殊的分子来限制它们的生长。工程师经常使用油酸分子,每个油酸分子有18个碳原子,它们像头发一样附着在晶体表面,阻碍生长。

这就产生了一种适合于涂布以形成薄膜的点的解决方案。然而,这种薄膜并不擅长导电,因为长酸性分子阻碍了纳米晶体之间的电子流动。所以工程师们加入了更短的分子。这些“连接分子”每个分子只有大约两个碳原子。连接物取代了长盖分子,增加了电导。Kirmani说:“这种方法已经使用了几十年,但是没有人调查过到底发生了什么。”

为了找到答案,Kirmani的团队使用了微量天平来监测油酸与连接剂在转换过程中的交换情况。他们通过散射x射线来测量这些点之间的间距,并记录了薄膜厚度、密度和光学吸收特性的变化。

他们看到的不是电影性质的平稳变化,而是相变的突然跳跃。当几乎所有的酸分子被连接物取代后,这些点突然靠近,电导率急剧上升。

Kirmani希望其他团队能受到启发,进行更深入的研究,可能是在中途停止过渡过程,然后在点的表面引入不同的分子,看看有什么新的特征出现。他表示:“将这种理解转化为新技术的新范式,有很大的潜力。”

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