Processo semplificato per i cristalli semiconduttori
I materiali colloidali sfruttano processi economici di sintesi e lavorazione successiva. Il rame è economico, abbonda e possiede una tossicità relativamente bassa rispetto ai metalli pesanti comunemente utilizzati in molti semiconduttori. Insieme, i calcogenuri in rame colloidali sono la combinazione vincente. Il progetto LOTOCON (“Low toxicity copper chalcogenide semiconductor nanocrystals”), finanziato dall’UE, si incentrava sulla sintesi scalabile e controllabile di calcogenuri in rame binari seguita da uno scambio cationico parziale. La parziale sostituzione degli ioni del rame con altri era studiata per migliorare la regolabilità di composizione e morfologia. Gli scienziati scelgono come punto di partenza i calcogenuri di rame più semplici, nanoparticelle composte da solfuro di rame (Cu2S), selenio e tellurio. Il team ha sviluppato un nuovo processo sintetico per la loro produzione controllata a temperature moderate, evitando l’utilizzo di fosfine nocive e costose. È stata prodotta un’ampia serie di forme, da piccole particelle sferiche a grandi e sottili lamine 2D. I materiali sono stati utilizzati con successo come catodi per la fabbricazione e i test delle batterie agli ioni di litio. Cosa più importante, il metodo è risultato facilmente scalabile, offrendo un enorme potenziale per la produzione industriale. Il lavoro successivo sullo scambio cationico parziale ha portato alla produzione semplificata di nanopiastre legate con un intervallo di banda regolabile. La strategia è stata applicata anche alle nanolamine di selenite di rame, molto più grandi, prodotte nell’ambito del progetto. I materiali sono stati successivamente lavorati in film sottili e implementati in dispositivi a celle solari. La procedura di scambio cationico è applicabile a una vasta gamma di cationi e nanoparticelle di calcogenuro di rame, offrendo un procedimento industrialmente importante per diversi materiali, altrimenti difficili da produrre. Basandosi su questi risultati, il team ha sviluppato un metodo di sintesi con nanocristalli di Cu2S e lo scambio cationico parziale di rame con indio e zinco, ottenendo un’efficienza avanzata della fotoluminescenza ed emissioni luminose regolabili. Le prove di citotossicità hanno confermato la biocompatibilità, aprendo le porte per l’applicazione come biomarcatori fluorescenti. Durante il progetto, il team ha fatto luce sui meccanismi dello scambio cationico, un processo ampiamente utilizzato ma ben poco compreso, conoscenze che aumenteranno la consapevolezza nelle fasi di progettazione e sintesi. Il lavoro è stato largamente pubblicato su prestigiose riviste scientifiche supervisionate da esperti. Si prevede che la tecnologia LOTOCON abbia un impatto diffuso nei campi inerenti a livello industriale, inclusa la tecnologia delle celle solari, la catalisi e la biomedicina.
Parole chiave
Semiconduttore, biocompatibile, colloidale, rame, calcogenuro
