Une méthode simple pour fabriquer des cristaux semi-conducteurs
Les matériaux colloïdaux bénéficient de processus économiques de synthèse et de traitement. Par ailleurs, le cuivre est un métal abondant, peu coûteux et d'une toxicité relativement faible par rapport aux métaux lourds utilisés dans beaucoup de matériaux semi-conducteurs. Les chalcogénures de cuivre colloïdaux sont donc particulièrement intéressants. Le projet LOTOCON («Low-toxicity copper chalcogenide semiconductor nanocrystals»), financé par l'UE, s'est intéressé à la synthèse évolutive et contrôlable de chalcogénures de cuivre binaires, suivie d'un échange partiel de cations. Le remplacement partiel des ions de cuivre visait à améliorer l'optimisation de la composition et de la morphologie. Les scientifiques ont choisi comme point de départ les chalcogénures de cuivre les plus simples, sous forme de nanoparticules de sélénure, de tellurure et de sulfure de cuivre (Cu2S). Les membres de l'équipe ont mis au point une nouvelle voie de synthèse pour la production contrôlée à des températures modérées, évitant l'usage de phosphines coûteuses et dangereuses. Ils ont ainsi fabriqué diverses formes, depuis des petites particules sphériques jusqu'à de minces feuilles bidimensionnelles. Ils ont utilisé les matériaux dans des cathodes pour fabriquer et tester des batteries lithium-ion. Point important, l'échelle de la méthode est aisément agrandie, ce qui est très intéressant pour la fabrication industrielle. La poursuite des travaux sur l'échange partiel des cations a conduit à fabriquer aisément des nanoplaques d'alliage avec une bande interdite réglable. Cette technique a aussi été appliquée aux plus grandes nanofeuilles de sélénure de cuivre fabriquées par le projet. Les matériaux ont ensuite été produits en couches minces et installés dans des cellules solaires. La méthode d'échange de cations est largement applicable à divers cations et nanoparticules de chalcogénures de cuivre. Elle représente donc une solution industrielle importante pour synthétiser des matériaux qu'il serait difficile d'obtenir autrement. L'équipe s'est appuyée sur ces résultats pour mettre au point une méthode synthèse en un seul réacteur à partir de nanocristaux de Cu2S, avec un échange partiel des cations Cu par de l'indium et du zinc, conduisant à un meilleur rendement photoluminescent et une émission de lumière réglable. Les tests de cytotoxicité ont confirmé la biocompatibilité, ouvrant la voie à des utilisations comme biomarqueurs fluorescents. Au passage, les chercheurs ont généré d'importantes informations sur l'échange des cations, un processus largement utilisé mais mal compris, ce qui facilitera la conception et la synthèse d'autres composés. Les travaux ont été largement diffusés dans de prestigieuses revues scientifiques à comité de lecture. La méthode de LOTOCON devrait avoir un large impact dans divers secteurs comme les cellules solaires, la catalyse et la médecine.
Mots‑clés
Semi-conducteur, biocompatible, colloïdal, cuivre, chalcogénure
