고체-액체 인터페이스에서 양자점 온라인 바카라 성장의 초기 공정 분석

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"로 언급), 보건 엔지니어링 연구 센터 (Kokubun Tomokuni 회장), 바이오-나노 측정 팀 Ishikawa Mitsuru, Rajan Jose의 리서치 팀의 이사 인 Rajan Jose의 이사 (현재, Toyning of Toyta) 그리고 Norvosin Zampeisov의 과학 대학원 과학 대학원 과학 대학원 과학 대학원 화학학과, Fukumura Hiroshi 교수는 CDSE의 회원입니다양자점콜로이드 합성 방법에서, 온라인 바카라 핵 및 후속 온라인 바카라 성장 과정의 형성은 먼저 실험 및 이론으로부터 체계적으로 분석되었고, 온라인 바카라 성장의 초기 과정 동안 온라인 바카라 크기, 구조 및 광 흡수 특성 사이의 관계를 성공적으로 설명 하였다

지금까지, 양자점의 크기와 구조와 기능 사이의 관계는 알려져 있지 않았지만, 기존의 방법보다 낮은 온도 (200 ° C 미만)에서 합성함으로써 반응 시간이 느려졌으며 (최대 40 분) 반응의 진행은 광 흡수 스펙트럼을 사용하여 추적 될 수 있습니다 우리는 온라인 바카라 핵이 형성되는 핵 생성 과정과 온라인 바카라 핵이 자라는 온라인 바카라 성장 과정을 성공적으로 관찰했으며, 또한 계산 화학을 사용하여 온라인 바카라 형성 및 성장 과정 동안 온라인 바카라 구조와 광 흡수 특성 사이의 관계를 밝혔다 무화과 도 1은 계산에 의해 추정 된 온라인 바카라 구조를 보여준다

양자점과 같은 나노 스케일 전자 재료를 설계하고 만들려면 물리적으로 사실적인 나노 구조와 그 기능 사이의 관계를 올바르게 파악하는 것이 매우 중요합니다 이 연구는 크기와 광학 흡수 파장뿐만 아니라 구조와 광 흡수 파장 사이의 관계를 밝혀냈다 이것은 구조와 기능 사이의 관계를 평가하는 방법의 확립으로 이어지는 것으로 생각됩니다 또한이 연구의 결과는 다음과 같습니다Journal of American Chemical Society) (2006 년 2 월)에 게시

그림 1 계산에 의해 추정되고 물리적으로 유효한 것으로 확인 된 CDSE의 온라인 바카라 구조 (a) (cdse)3, (b) (cdse)6, (c) (cdse)13, (d) (cdse)16

건강 공학 연구 센터는 질병 관련 생체 분자를 감지하고 진단하기 위해 단일 분자 수준에서 생체 분자를 실시간으로 영상화 할 수있는 기술을 개발하는 것을 목표로하고 있습니다 양자점 기술은 생물학적 분자를 시각화하는 방법 인 형광 표지 기술의 개발의 일부로 개발되고 있습니다

바이오 나노 절제술 팀은 현재까지 전임자 단일 분자 생물학적 나노 메타 화 연구 실험실을 설립 한 이후 주로 CDSE에 대한 광범위한 연구를 개발하고 있습니다 생체 분자 표지에 적용 할뿐만 아니라 원래 합성 방법 (일본 특허 출원 번호 2004-129843)을 발견했으며 이전에 알려지지 않은 형광 프로브로 유용한 새로운 물리적 특성을 경험하는 데 성공했습니다 이 연구는 특정 영역에 대한 교육, 문화, 스포츠, 과학 기술의 과학 연구 제휴 연구, "초 구조 반응"(H16-18)의 일부로 수행되었습니다

그림 2 3 개의 전형적인 양자점의 직경이 큰 파장 교정 곡선 Yu, WW, Qu, L, Guo, W Peng, XChem 문제 2003, 15, 2854.

콜로이드 방법에 의해 제조 된 반도체 양자점의 크기의 광학 흡수 스펙트럼의 긴 파장 쪽에서 관찰Homo-Lumo Transition이라는 특성 최대 파장 사이에 상관 관계가 있다는 것은 경험적으로 알려져 있으며, 결과는 그림에 표시된 크기-최대 파장 교정 곡선으로 요약된다 2 그러나 구조 정보의 부족으로 인해 양자점의 크기와 구조와 기능 사이의 관계는 알려지지 않았다 예를 들어, 직경을 가진 ~ 2CDSE 양자점은 ~ 75 CDSE 단위로 구성되거나 37-125 범위의 CDSE 단위를 포함한다는보고가있었습니다 이 결과는 크기를 단독으로 지정하여 CDSE 장치의 수를 명확하게 온라인 바카라할 수 없음을 보여줍니다

이 연구에서, 양자점의 온라인 바카라 구조는 계산 화학 기술을 사용하여 추정되었다 또한,이 온라인 바카라 구조는 (i) 실험에서 얻은 추정 구조 및 Homo-lumo 전이 파장에 의해 제공되는 호모-루모 전이 파장에 의해 비현실적이지는 않지만 물리적으로 유효한 구조이며, (ii) 호모-루모 전이 파장 및 계산 된 크기에 해당하는 온라인 바카라 크기는 계산 된 크기에 해당한다 예를 들어, 직경 최대 2 nm의 CDSE 양자점은 16 개의 CDSE 단위를 포함하는 것으로 나타났습니다

[CDSE 양자점 준비]

카드뮴 전구체는 산화 카드뮴 및 올레산 (CH₃(ch₂)₇ch = ch (ch₂)₇COOH)에 용해시켜 준비하십시오 (CD :올레산) 셀레늄에 대한 셀레늄 전구체는 배위 용매, 트리오틸 포스 핀의 유형입니다 (상단 : [CH₃(ch₂)₇]₃P) (상단 : SE)에 용해시켜 준비하십시오 그리고 CD :올레산상단 및 다른 유형의 배위 용매, 트리오틸 포스 핀 산화물 (토포 : [ch₃(ch₂)₇]₃po)와 섞는다 상단 : SE는이 혼합 용액에 빠르게 쏟아져 교반되었습니다 이 혼합 용매에서, 또 다른 배위 용매, 헥사 데실 아민 (HDA : CH₃(ch₂)₁₅NH₂의 추가 여부에 따라 조사되었다 반응은 120, 150 및 180 ℃에서 수행되었으며, 용액의 산화 및 점화를 방지하기 위해 아르곤 대기에서 모두 반응을 수행 하였다 초기 콜로이드 방법에서, HDA는 추가되지 않았다 그 후 HDA의 추가로 인해 발광 효율이 향상 된 역사가있었습니다 Cdse Quantum Dots에 대한 제조 절차는 그림에 요약되어있다

그림 3 CDSE 양자점의 준비 절차 및 전구체 준비

[실험 결과]

온라인 바카라 핵은 HDA의 유무에 관계없이 (cdse)₃후속 온라인 바카라 구조는 존재 여부에 따라 다릅니다 HDA가없는 경우 다음 구조는 (CDSE)₆with (cdse)₁₃로 성장하지만 더 이상 성장하지 않습니다 반면에 HDA가 있다면 다음 구조는 (CDSE)₁₄온도와 시간에 따라 훨씬 커집니다

온라인 바카라 성장 과정이 HDA의 존재 또는 부재에 따라 다른 이유는 현재 알려져 있지 않습니다 배위 용매에 의해 온라인 바카라 핵 주위에 형성된 용매의 케이지 구조의 차이가 관여하는 것으로 추정된다 방출의 존재 또는 부재 및 방출이있는 경우 스펙트럼이 날카 롭거나 광범위한 지 여부는 CDSE 단위의 수에 따라 다릅니다 크리스탈 핵 (cdse)₃발광은 표시되지 않습니다 이것은 처음 에이 크기로 엑시톤이 형성되지 않기 때문입니다 흥분으로 인한 원래 방출 스펙트럼은 날카 롭습니다 (CDSE)₁₄위의 크기로서, 흥분에 의한 방출은 지배적이므로 스펙트럼은 선명합니다 (CDSE)₁₃온라인 바카라의 표면에 노출 된 셀레늄 원자에 존재하는 짝을 이루지 않은 전자 쌍의 존재로 추정된다 이 짝을 이루지 않은 전자 쌍은 배위 용매와 강하게 상호 작용하는 능력이 특징입니다 실험 결과의 요약은 그림에 나와있다 HDA가 첨가되지 않을 때의 흡수 및 방출 스펙트럼 (120 ℃)은도 1에 도시되어있다 HDA가 첨가 될 때 흡수 및 방출 스펙트럼 (120 ℃)은도 1에 도시되어있다 6 마찬가지로, 그림 도 7은 온라인 바카라 핵 형성 및 후속 온라인 바카라 성장 공정 (120, 150, 180 ℃)의 형성 결과를 보여 주었다 도 8은 핵 생성 및 온라인 바카라 성장의 개략도를 보여준다

그림 4 실험 결과 요약

그림 5 (a) HDA없이 상단 및 토포만을 사용하여 120 ℃에서 합성 된 CDSE 양자점의 흡수 스펙트럼의 시간 변동, (b) 상응하는 방출 스펙트럼 분석은 CDSE 단위의 수가 각각 3 (3 분), 6 (5 분) 및 13 (10 분)임을 보여 주었다

그림 6 (a) 첨가에 의해 120 ℃에서 합성 된 CDSE 양자점의 흡수 스펙트럼의 시간 변화와 (b) 상응하는 방출 스펙트럼 분석은 CDSE 단위의 수가 3 (3, 5, 10 분) 및 14 분 (15 분)임을 보여 주었다 HDA가 추가되면 3 개 이상은 14 명 이상이고 6 개는 추가되지 않은 경우 6 개를 찾을 수 없습니다 최대 10 분의 흡수 스펙트럼의 변화는 CDSE (CDSE)의 온라인 바카라 핵입니다3의 수를 늘리는 과정입니다 방출 스펙트럼에서, 엑시톤의 직접 재조합으로 인해 짧은 파장 쪽의 날카로운 스펙트럼에 더하여, 트랩 수준으로부터의 다중로드 된 방출은 긴 파장 측에서 관찰된다 반응 온도가 180 ℃ 일 때 넓은 발광은 거의 사라졌다

그림 7 상단, 토포 및 HDA를 추가하여 제조 된 CDSE 양자점의 온라인 바카라 핵 생성 및 온라인 바카라 성장 공정의 온도 의존성 크기 (직경)는도 1의 교정 곡선을 사용하여 평가되었다 호모-루모 전이의 파장 값	그림 8 온라인 바카라 핵의 형성 및 증가의 도식 및 온라인 바카라 핵의 성장 과정 온라인 바카라 핵의 수는 A와 B 사이에서 증가하지만 크기는 일정하게 유지됩니다 크기는 B에서 C와 D 사이의 크기가 증가하지만 온라인 바카라 핵의 수는 일정하게 유지됩니다

그림 9에서 볼 수 있듯이 (CDSE)₁₃크기 아래의 온라인 바카라에 대한 계산 결과에서, 상대적으로 큰 발진기 강도를 갖는 전이 (x)는 호모-루모 전이 (●)의 더 긴 파장쪽에 나타납니다 호모-루모 전이의 더 긴 파장쪽에 나타나는 전이는 온라인 바카라의 표면에 노출 된 셀레늄 원자에 존재하는 짝을 이루지 않은 전자 쌍의 존재에 의해 야기 된 것으로 알려져있다 온라인 바카라 크기가 증가함에 따라, 표면에 노출 된 셀레늄 원자의 기여는 비교적 작아 지므로,이 긴 파장 전이는 더 이상 존재하지 않으며,도 1의 결과가 나타나지 않는다 9가 설명됩니다

[이론적 계산 절차]

1. 에너지를 최소화하기 위해 CDSE 온라인 바카라의 모델 구조를 최적화합니다 온라인 바카라의 직경은 최적화 된 구조로부터 평가된다
2. 적외선 흡수 스펙트럼을 평가하기 위해 최적화 된 온라인 바카라 구조의 표준 진동을 계산합니다 물리적으로 존재할 수없는 징후와 부정적인 주파수가 나타나는 구조가 버려집니다 긍정적 인 진동을 제공하는 구조가 채택됩니다
3. 위의 테스트에 사용 된 구조의 경우 컴퓨터의 기능에 따라 수십 수의 한계가있는 여기 상태로의 발진기 강도 (f)가 다음과 같이 분류됩니다 f <002, 002
4. 0.06
5. 식별 된 호모-루모 전이의 파장에 해당하는 온라인 바카라의 직경은 교정 곡선을 사용하여 평가되며, 이론적 계산에 의해 추정 된 온라인 바카라 구조의 직경은 상당한 간격이 없음을 확인하기 위해 비교됩니다

・ homo-lumo 전이 식별

1. 최적화 된 온라인 바카라 구조의 직경에 해당하는 호모-루모 전이의 파장은 그림의 교정 곡선을 사용하여 평가됩니다 2
2. 우리는 위에서 평가 된 파장에 가깝게 파장을 가진 계산 된 전환 (f> 006)을 찾아서 이에 중점을 둡니다
3. 위에 초점을 맞춘 전환은 근접 에너지 (Doublet구조)
4. Doublet구조가 발견되면 Homo-lumo 전환으로 식별됩니다

그림 9 실험에서 얻은 흡수 스펙트럼의 분포 및 계산에서 얻은 전자 전이의 발진기 강도 (a) HDA가없는 3 분, 120 ℃; (b) HDA없이 5 분, 120 ℃; (c) HDA없이 10 분, 120 ℃; (d) 150 ° C를 사용하여 2 분 기여한 CDSE 장치의 수는 각각 3, 6, 13 및 16입니다 호모 루모 전환은 ● 마크로 표시됩니다 온라인 바카라의 표면에 노출 된 셀레늄 원자에 존재하는 짝을 이루지 않은 전자 쌍의 존재로 인한 전이는 X 마크로 표시됩니다 각 그림의 삽입은 호모 루모 전환을 보여줍니다Doublet는 그것이 구조를 나타내는 것을 나타냅니다

HDA의 존재 유무에 따라 온라인 바카라 성장 과정이 다른 이유는 현재 알려져 있지 않습니다 이 문제를 해결하는 것은 다음 과제 중 하나입니다 온라인 바카라 성장 공정은 배위 용매에 의해 온라인 바카라 핵 주위에 형성된 용매의 케이지 구조의 차이에 의해 영향을받는 것으로 여겨진다 이 연구는 구체에 상대적으로 가까운 양자점을 조사했습니다 다른 한편으로,이 연구에서 다루지 않은 막대 모양의 양자 도트의 합성에서도 반응 전구체로서 카드뮴 화합물의 차이, 조정 용매의 조합 및 반응 온도에 따라 종횡비를 제어 할 수있는 것으로 알려져있다 반응 조건의 차이, 특히 계산 화학 방법을 사용하여 용매에 의존하는 온라인 바카라의 크기와 구조의 차이를 명확히하는 것이 매우 중요하며, 도전적인 작업입니다 보다 친숙한 문제는 일반적으로 사용되는 비교적 비싼 조정 용매가 양자점 제조 비용을 만듭니다 우리는 온라인 바카라 크기 및 구조로 확장되는 용매 효과를 더 잘 알게되면, 더 저렴한 용매를 사용하여 양자점을 생산할 수있을 것으로 예상됩니다

◆ Quantum dot

는 몇 나노 미터에서 10 나노 미터 크기의 반도체와 같은 온라인 바카라을 말합니다 그러한 크기에서, 큰 온라인 바카라에 지속적으로 분포 될 수있는 에너지 수준은 구속 효과로 인해 원자만큼 왜곡 된 것으로 알려져있다 이 비틀 거리는 에너지 수준 사이의 격차는 크기에 따라 다르며, 이는 다른 발광 색상을 제공합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 콜로이드 합성 방법

양자점을 형성하는 방법으로서, 원자재를 유리 및 가열에 혼합하여 유리로 침전시키는 알려진 방법이 있으며, 기질의 증기 상 성장 방법이 있습니다 이러한 방법은 온라인 바카라 크기가 크게 다르고 제조 장비가 크다는 문제가 있습니다 콜로이드 방법은 종래의 유리 제품을 사용하는 기존 화학 실험실에서의 구현의 용이성을 특징으로합니다 형성된 양자점의 크기는 또한 비교적 균일하며, 이들이 용액에서 등방성으로 형성되기 때문에, 기판의 영향으로 인해 구조의 왜곡이 없으며, 이는 기판에 형성된 양자점의 문제이다[참조로 돌아 가기]

◆ Homo-lumo Transition

분자에 형성된 에너지 순위는 전자가 존재할 수있는 분자 궤도에 해당합니다 이 분자 궤도는 대략 지상 상태와 여기 상태로 나눌 수 있습니다 분자를 빛으로 조사하기 전에 모든 전자는지면 상태를 차지합니다 분자 궤도는 전자가 차지하는 지상 분자 분자 궤도의 가장 높은 에너지 순위에 해당합니다최고 점령 분자 궤도(호모)라고합니다 반면에, 모든 여기 상태 분자 궤도는 전자에 의해 점유되지 않습니다 분자 궤도는 이들 점유되지 않은 분자 궤도의 가장 낮은 에너지 순위에 해당합니다가장 낮은 공동 분자 궤도(루모)라고합니다 분자가 빛으로 조사 될 때, 접지 상태에 존재하는 하나의 전자가 여기 상태로 전이된다 이 경우, HOMO에서 LUMO 로의 전이는 가장 낮은 에너지를 가지기 때문에, 분자의 흡수 스펙트럼의 에너지 측면에서, 즉 긴 파장 측면에서 관찰되며, 문제의 분자 시스템을 특성화하는 중요한 지표 중 하나입니다 실제로, 복잡한 메커니즘으로 인해, 호모-루모 전이 이외의 전이는 스펙트럼의 긴 파장 쪽에서 혼합 될 수있다 따라서, 흡수 스펙트럼의 긴 파장 측면으로부터의 호모-루모 전이를 식별하는 것은 스펙트럼 분석의 기초가된다[참조로 돌아 가기]