Prosta droga do kryształów półprzewodnikowych
Zaletą materiałów koloidalnych są niskie koszty syntezy i późniejszego przetwarzania. Miedź jest stosunkowo tania, powszechnie dostępna i mało toksyczna w porównaniu z metalami ciężkimi powszechnie stosowanymi w wielu materiałach półprzewodnikowych. W tym świetle, koloidalne chalkogenki miedzi stanowią doskonałe połączenie. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Low-toxicity copper chalcogenide semiconductor nanocrystals" (LOTOCON) zajmowali się skalowalną i kontrolowaną syntezą podwójnych chalkogenków miedzi, a następnie częściową wymianą kationów. Częściowe zastąpienie jonów miedzi innymi jonami miało poprawić dostrajalność składu i morfologii związków. Naukowcy wybrali na początek najprostsze chalkogenki miedzi: nanocząsteczki składające się z siarczanu miedzi (Cu2S), selenu i telluru. Opracowano nową metodę syntezy do ich kontrolowanej produkcji w umiarkowanych temperaturach, bez stosowania szkodliwych i drogich fosfin. Uzyskano różne kształty od małych sferycznych cząstek po duże i cienkie dwuwymiarowe arkusze. Materiały te wykorzystano z powodzeniem jako katody do wytwarzania i testowania akumulatorów litowo-jonowych. Co ważne, metodę tę można łatwo skalować, dzięki czemu ma ona ogromny potencjał w zakresie produkcji przemysłowej. Dalsze prace nad częściową wymianą kationów umożliwiły łatwe wytwarzanie stopowych nanopłytek z dostrajalnym pasmem wzbronionym. Metodę tę wykorzystano także do znacznie większych nanoarkuszy z selenku miedzi uzyskanych w projekcie. Materiały te zostały następnie przetworzone na cienkie warstwy i zastosowane w ogniwach słonecznych. Metoda wymiany kationów ma zastosowanie do szeregu różnych kationów oraz nanocząsteczek chalkogenku miedzi. Dzięki temu możliwe jest przemysłowe wytwarzanie różnych materiałów, których nie można by uzyskać innymi metodami. W oparciu o te wyniki zespół opracował jednoetapową metodę syntezy z wykorzystaniem nanokryształów Cu2S oraz częściowej wymiany kationów miedzi oraz indu i cynku, co pozwoliło poprawić sprawność fotoluminescencyjną i dostrajalną emisję światła. Badania cytotoksyczności potwierdziły biokompatybilność tych materiałów, co otwiera drogę do ich zastosowania w biomarkerach fluorescencyjnych. W toku prac zespół uzyskał ważne informacje na temat mechanizmów wymiany kationów, powszechnie stosowanego, ale słabo poznanego procesu, co pomoże w opartym na wiedzy projektowaniu i syntezie związków. Wyniki projektu opisano na łamach prestiżowych czasopism naukowych. Technologia LOTOCON powinna mieć istotne znaczenie dla ważnych dla przemysłu dziedzin, takich jak technologie ogniw słonecznych, kataliza i biomedycyna.
Słowa kluczowe
Półprzewodnik, biokompatybilne, koloidalne, miedź, chalkogenek
