코어 셸 반도체 나노 결정

Core–shell semiconductor nanocrystal
ZnO(왼쪽 위)로4 코팅된 NaYF:Yb,Tm 나노 입자의 전자 현미경 사진 및 화학 성분을 [1]확인하는 해당 화학 지도.

코어셸 반도체 나노결정(CSSNCs)은 작은 개별 분자와 부피가 큰 결정성 반도체의 중간 특성을 가진 물질의 한 종류이다.크기 때문에 쉽게 모듈화할 수 있는 특성 때문에 독특합니다.이러한 나노 결정체는 양자 도트 반도체 핵심 재료와 별개의 반도체 재료의 쉘로 구성되어 있습니다.코어 및 셸은 일반적으로 타입 II–VI, IV–VI 및 III–V 반도체로 구성되어 있으며, CdS/ZnS, CdSe/CdS 및 InAs/CdSe 등의 구성이 있습니다(일반 표기법은 [2]코어/셸이 낮은 플루오르화 도트).CSSNC는 셸이 서페이스 트랩 상태를 [3]패시브함으로써 양자 수율을 증가시키기 때문에 이 문제에 대처합니다.또한 셸은 환경변화, 광산화 열화로부터 보호하며 모듈화를 [3][4]위한 다른 경로를 제공합니다.코어 및 셸의 크기, 형상 및 조성을 정밀하게 제어함으로써 발광 파장을 개별 반도체보다 넓은 파장에 걸쳐 튜닝할 수 있다.이 재료들은 생물학적 시스템과[5][6] 광학 분야에서 응용되고 있다.

배경

양자 도트(QD)라고도 불리는 콜로이드 반도체 나노 결정체는 표면에 유기 배위자를 결합한 1~10 nm 직경의 반도체 나노 입자로 구성됩니다.나노소재는 크기에 따라 광학·전자적 특성이 달라 나노급 포토닉·광전지·발광다이오드(LED) 소자에 적용됐다.양자 도트는 크기가 작고, 조절 가능한 방출 및 광안정성으로 인해 생물학적 영상 및 감지를 위한 형광 라벨로 유기 염료에 대한 인기 있는 대안입니다.

양자 닷의 발광 특성은 방사 경로 또는 비방사 경로를 통해 진행될 수 있는 들뜸 붕괴(전자 구멍 쌍의 결합)에서 발생한다.복사 경로에는 반도체의 밴드갭에 해당하는 파장을 가진 광자를 방출함으로써 전도 대역에서 원자가 대역으로 이완되는 전자가 포함됩니다.비방사성 재조합은 포논 방출 또는 오거 재조합을 통한 에너지 방출을 통해 발생할 수 있습니다.이 크기 조건에서 양자 제한 효과는 관측 가능한 양자화된 에너지 [3]수준과 함께 크기에 의존하는 밴드갭을 증가시킨다.양자 도트에서 관측된 양자화된 에너지 수준은 단일 HOMO-LUMO 갭을 갖는 단일 분자와 밴드 내에서[7] 연속적인 에너지 레벨을 갖는 벌크 반도체 사이의 중간 전자 구조로 이어진다.

The electronic structure of quantum dots is intermediate between single molecules and bulk semiconductors.

반도체 나노 결정체는 일반적으로 확장된 고체와 동일한 결정 구조를 채택합니다.결정표면에서는 주기성이 갑자기 정지하여 내부원자보다 배위수가 낮은 표면원자가 된다.이 불완전한 결합은 "당글링 궤도"[8] 또는 비수동 궤도라고 불리는 표면으로부터 멀어지는 원자 궤도를 야기합니다.표면 매달림 궤도는 국소화되어 있으며 약간의 음전하 또는 양의 전하를 띠고 있습니다.표면에서 불균일한 하전 에너지 상태 간의 약한 상호작용이 밴드 [9]구조를 형성하도록 가정되어 왔다.매달린 궤도대의 에너지가 반도체 밴드갭 내에 있으면 결정면에 전자와 홀을 포착할 수 있다.예를 들어 CdSe 양자점에서는 Cd행잉 오비탈이 전자 트랩 역할을 하는 반면 Se행잉 오비탈은 홀 트랩 역할을 합니다.또, 결정 구조의 표면 결함도 전하 캐리어 트랩으로서 기능할 수 있다.

QD에서의 전하 캐리어 트래핑은 비방사성 재조합의 확률을 증가시켜 형광 양자 수율을 감소시킨다.표면 결합 유기 배위자는 일반적으로 표면 트랩을 수동화하기 위해 배위수가 감소된 표면 원자에 대해 배위하기 위해 사용된다.예를 들어 tri-n-octylphospine oxide(TOPO) 및 trioctylphospine(TOP)을 사용하여 성장 조건을 제어하고 고품질 CdSe 양자 도트의 표면 트랩을 소극적으로 만듭니다.이 방법은 좁은 크기 분포와 양호한 결정성을 제공하지만, 양자 수율은 ~5 ~[10] 15%입니다.알킬아민은 TOP/TOPO 합성법에 통합되어 양자 수율을 [11]최대 50%까지 증가시켰습니다.

양자 도트 표면 트랩 패시베이션에 유기 리간드를 사용하는 데 있어 가장 큰 문제는 음이온 표면 트랩과 양이온 표면 트랩을 동시에 패시베이션하는 것이 어렵다는 것이다.부피가 큰 유기 배위자 사이의 입체 장애는 불완전한 표면 커버리지와 비수동적인 매달림 궤도를 [4]초래한다.양자 도트 위에 에피택셜 무기 반도체 쉘을 성장시키면 광산화 작용을 억제하고 음이온성 및 양이온성 표면 트랩 [9]상태를 모두 소극화할 수 있다.광생성 전하 캐리어가 갇힐 가능성이 낮아짐에 따라 방사 경로를 통해 들뜸이 붕괴할 가능성이 높아진다.CdSe/CdS와 ZnSe/CdSe 나노크리스탈은 각각 [12][13]85%와 80~90%의 양자수율을 보이는 것으로 합성되었다.

코어 셸 반도체 나노 결정 아키텍처는 1980년대에 처음 연구되었고, 1990년대에 [3]합성 방법에 대한 출판물이 급증했습니다.

코어셸 반도체 나노결정 분류

코어-쉘 반도체 나노결정 특성은 코어 및 셸의 상대적인 전도 및 원자가 밴드 에지 정렬에 기초합니다.I형 반도체 헤테로 구조에서는 전자와 홀이 코어 내에서 위치하는 경향이 있습니다.타입 II의 헤테로 구조에서는 한쪽 캐리어가 셸에 국재되어 다른 한쪽 캐리어가 코어에 국재되어 있습니다.

3종류의 코어 셸 나노 결정.상부 및 하부 가장자리는 코어(파란색) 및 셸(빨간색)의 상부 및 하부 에너지 가장자리를 나타냅니다.
Type I core shell semiconductor nanocrystal (CdSe–CdS) band-edge alignment. VB=valence band, CB=conduction band

타입 I

  • 묘사

타입 I CSSNC에서는 코어의 밴드갭이 셸의 밴드갭보다 작다.코어의 전도 및 원자가 밴드 가장자리는 모두 셸의 밴드갭 내에 있으며, 셸은 코어의 전자와 구멍을 모두 구속합니다.이는 그림 X에서 볼 수 있습니다.CdSe(밴드갭:1.74 eV)/CdS(밴드갭:2.42 eV) 인터페이스의 여기자의 전자와 구멍이 CdSe 코어 내의 에너지 상태를 차지하고 있으며, 이는 사용 가능한 에너지 분리가 가장 낮습니다.코어의 복사 전자공 재결합에 의한 방출 파장은 코팅되지 않은 CdSe에 비해 약간 붉은 시프트된다.

  • 예

CdSe/CdS, CdSe/ZnS, InAs/CdSe[3] 및 ZnO/MgO[14]

리버스 타입 I

  • 묘사

리버스 타입 I의 구성에서는 코어는 셸보다 밴드갭이 넓고 셸의 전도 및 원자가 밴드 엣지가 코어 내에 있다.사용 가능한 들뜸 에너지 분리는 전하 캐리어가 셸에 위치할 때 발생합니다.셸 두께를 변경하면 방출 파장이 조정됩니다.

  • 예

CdS/HgS, CdS/CdSe, ZnSe/CdSe[3] 및 MgO/ZnO[14]

타입 II

  • 묘사

타입 II 구성에서는 코어의 원자가 및 전도 밴드 엣지가 셸의 밴드 엣지보다 낮거나 높다.타입 II의 예는 그림 X, ZnTe(밴드갭:2.26)/CdSe(밴드갭:1.74)에 나타나 있습니다.전자와 홀의 에너지 분리는 구멍이 ZnTe 코어 원자가 대역에 갇혀 있고 전자가 CdSe 쉘 전도 대역에 갇혀 있을 때 발생합니다.방출 파장은 빨간색 화살표로 나타나듯이 점유 상태 간의 에너지 차이에 의해 결정됩니다. 빨간색 화살표는 각각의 [15]밴드갭보다 낮은 에너지입니다.방출 파장은 비수동 코어에 비해 현저하게 적색 편이될 수 있다.

Type II core shell semiconductor nanocrystal (ZnTe/CdSe) band-edge alignment. Red arrow shows emission energy. VB=valence band, CB=conduction band
  • 예

ZnTe/CdSe, CdTe/CdSe, CdS/ZnSe[16]

도프 코어 셸 반도체 나노 결정

도핑은 반도체 나노 [17][18]결정의 광학적 특성에 강한 영향을 미치는 것으로 나타났다.그러나 콜로이드 합성을 사용하여 성장한 반도체 나노 결정의 불순물 농도는 일반적으로 [19]부피보다 낮습니다.CSSNC의 자기 [20][21]도핑에 대한 관심은 자기 메모리 및 스핀 기반 전자제품 분야에서 있어 왔다.CdSe/ZnS의 쉘에 Mn을 도핑함으로써 CSSNC가 [22]상사성을 띠게 함으로써 듀얼 모드 광학 및 자기 공명(MR) 이미징이 검토되었습니다.

합성

코어 셸 나노 입자를 합성하는 과정에서 과학자들은 화학 침전, 솔겔,[23] 마이크로 에멀전, 역미셀 생성과 같은 몇 가지 습윤 화학 방법을 연구하여 찾아냈다.이러한 방법들은 크기, 모양 및 크기 [24]분포의 더 나은 제어에 중점을 두고 코어 셸 카르코게나이드 나노 입자를 성장시키기 위해 사용되어 왔다.조절 가능한 광학 특성을 가진 나노 입자의 성장을 제어하기 위해 안경, 제올라이트, 폴리머 또는 지방산과 같은 지지 매트릭스가 사용되었습니다.[24]또한 황화물, 셀레나이드 및 텔루라이드의 나노입자를 제조하기 위해 랑뮤어-블로젯 필름 기술이 성공적으로 [24]사용되었습니다.습식화학법에 비해 유독성 유기용제보다 수용성 용제의 사용, 등각성 퇴적물의 형성, 상온증착, 저비용, 금속나노입자의 반도체 코팅 성분과 두께의 정밀 제어 등 전기화학적 합성이 바람직하다.그러나 전기적으로 주소 지정 가능한 나노 입자의 어레이를 준비하는 것이 어려웠기 때문에 코어 셸 나노 입자를 생산하기 위한 전기화학적 기술을 사용하는 것은 어려웠다.최근에는 황화카드뮴(CdS)과 요오드화구리(CuI)를 나노입자와 폴리옥소메탈레이트(POM)[25]를 번갈아 적층시켜 3차원 나노전극 어레이에서 전기화학적으로 배양했다.

코어 셸 반도체 나노 결정체는 반응 [26]동력을 적절히 제어한 콜로이드 화학 방법을 사용하여 성장할 수 있다.크기 및 형상을 비교적 높게 제어하는 이 방법을 사용하면 반도체 나노구조를 도트, 튜브, 와이어 등의 형태로 합성할 수 있으며, 이는 흥미로운 광학 및 전자적 크기 의존적 [26]특성을 나타낸다.CSSNC는 코어와 셸의 밀접한 접촉과 상호작용에 기인하는 시너지 특성 때문에 단일 나노 [27]입자에서는 볼 수 없는 새로운 기능과 향상된 특성을 제공할 수 있다.

합성 시 코어 재료의 크기와 쉘 두께를 조절할 수 있다.예를 들어, CdSe 코어 나노 결정의 합성에 있어 HS 가스의2 부피는 코어 나노 결정의 크기를 결정할 수 있습니다.HS의2 부피가 커지면, 코어의 크기도 [12]작아집니다.또는 반응액이 원하는 반응 온도에 도달하면 급속 냉각으로 코어 [13]크기가 작아질 수 있다.또한 셸 두께는 일반적으로 코팅 공정 [13]중 셸 재료의 첨가량에 따라 결정됩니다.

특성화

코어 크기 또는 셸 길이가 증가하면 방출 파장이 길어집니다.코어 및 셸 사이의 계면은 수동 완화 경로를 형성하고 복사 상태를 형성하도록 조정할 수 있다.이들 나노입자는 양자구속효과에 따른 밴드갭의 크기 의존성을 이용해 다양한 [28]크기의 나노입자를 만들어 광발광색을 파란색에서 빨간색으로 조절했다.나노입자의 크기나 형상을 조작함으로써 발광색이나 순도를 [28]제어할 수 있다.그러나 CSSNC의 양자수율 및 발광휘도는 궁극적으로 제한되며 표면트랩이 [28]존재하기 때문에 제어할 수 없다.

UV-vis 흡수 스펙트럼, X-선 회절(XRD), 투과 전자 현미경(TEM) 및 X-선 광전자 분광법(XPS)은 CSSNC를 식별하고 특성화하는 데 일반적으로 사용되는 기법이다.

정화 기술

합성 후 코어셸 나노크리스탈 정제기술의 간략화

합성된 코어셸 나노결정체에는 미반응 전구체, 제품별 반응, 높은 b.p. 용매, [30][31]NC 합성 시 성장조절을 위해 사용된 필수 리간드 등의 불순물이 포함되어 있다.그러한 불순물은 종종 NC의 표면 화학을 교란시키고 NC의 물리적 [32]특성을 직접적으로 반영한다.또한 합성 시 사용되는 용매는 NC의 다양한 유형의 물리적 특성 측정 시 나노크리스탈이 보관되는 용매와 거의 유사하지 않습니다.따라서 거의 모든 경우에 코어셸 NC 합성 후 효과적인 정제 수단이 필요하다.

CSNC를 as-syntheized CSNCs 솔루션에서 제거하기 위한 몇 가지 정제 기술이 있습니다.그 중 몇 가지는 [33]이하에 대해 논의했습니다.

극성에 기초한 정화 기법

강수 및 재분해

일반적으로 CSNC 합성 시 고비등 비극성[34] 용제가 자주 사용됩니다.용매혼합물에 방고제(희망제품이 불용성인 용매)를 도입함으로써 CSNC의 응집형태를 얻을 수 있다.이러한 용액에 방부제가 도입되면 주로 응집 작용을 하는 용매 혼합물의 극성이 높아집니다.그러나 이 응집된 CSNC는 중력을 이용하거나 원심분리를 통해 용액에서 침전될 수 있다.이것은 불순물로부터 분리된 CSNC를 침전시킨 후 깨끗한 용매에 재분배했다.이 프로세스를 여러 번 반복함으로써 보다 순수한 형태의 CSNC를 실현할 수 있습니다.이 방법을 사용하면 CSNC가 완전히 침전되는 것이 아니라 CSNC의 응집이 막 시작되는 시점까지 최소량의 절연방지제를 첨가함으로써 분산된 CSNC의 미세 사이즈를 알 수[35][34][36][37] 있다.

PR 방법의 주된 장점은 확장성이 있다는 점이며, 따라서 이 방법은 CSNC의 초기부터 주요 정제 기술로 과학자들 사이에서 선호되고 있다.단, 이 방법에는 몇 가지 단점이 있습니다.예를 들어 CSNCs용액 중 불순물의 용해성 특성은 CSNCs용액과 거의 비슷하므로 이 방법으로는 불순물로부터 분리하기 어렵다.이 방법의 또 다른 단점은 CSNC의 표면에 상당한 손상을 입히고 물리적 [38][39]특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.예를 들어, 2012년 Hens의 그룹은 항분리제인 메탄올이 [40]CSNC의 표면과 반응하여 CSNC 표면에서 네이티브 리간드를 치환하고, CSNC의 안정성을 감소시키는 것은 CSNC의 광학 특성에도 부정적인 영향을 미친다는 것을 보여주었다.

추출.

액체 추출법

액상추출법은 CSNC의 [41][42][43]정제기술로서 이용할 수 있다.as-synthed CSNC 용액에 추출용제를 도입하면 칸막이 계수에 의해 CSNC와 불순물이 다른 상으로 재배포된다.이 방법은 앞에서 설명한 PR 방식보다 훨씬 부드러운 프로세스라는 장점이 있습니다.추출 중에는 CSNC가 원어민 국면에 머무르는 경향이 있기 때문에 CSNC의 바람직하지 않은 비가역 집약이 발생할 가능성이 낮아집니다.

이 방법의 단점은 효과적인 추출을 달성하기 위해 다중 추출 사이클이 필요하며 시간이 많이 걸린다는 것입니다.또한 불순물과 CSNC의 극성 유사성으로 인해 CSNC의 [44]정제 방법으로서의 효율이 크게 제한된다.추출 효율을 높이기 위해 때로는 1차 추출 [44][45]용제와 함께 공동 추출제를 사용할 수 있습니다.PR 방법과 추출 방법을 함께 사용하면 종종 CSNC의 [46]더 나은 정제 효과를 얻을 수 있습니다.

전기영동에 의한 정화

전기영동기술은 주로 단백질, DNA 및 RNA의 정제기술로서 일반적이다.전기영동기술은 크기, 전하 또는 결합 친화성에 따라 다른 두 개 이상의 다른 종의 이동성을 이용하여 서로 분리한다.나노 과학자들 또한 전기영동을 이용하여 CSNC를 불순물로부터 분리한다.여러 증거는 CSNC가 겔 전기영동 기술을 통해 [47][48][49]효과적으로 정제될 수 있다는 것을 보여준다.그러나 겔 전기영동을 통한 CSNC의 정제에는 시간이 많이 걸리기 때문에 최근에는 나노 과학자들이 보다 진보된 자유유동전기영동(FFE)[50]과 전기영동증착([51][52]EPD) 기술로 전환하고 있다.

적용들

코어 셸 반도체 나노크리스탈(CSSNC)의 가장 중요한 특성 중 하나는 양자 점인 코어가 생물의학 [53]및 광학 분야에서 중요한 형광체라는 것입니다.셸은 고도로 모듈화되어 있기 때문에 CSSNC의 용해성이나 액티비티 등의 벌크 속성을 변경할 수 있습니다.

생물의학 응용 프로그램

생물학적 응용에 사용할 때 CSSNC가 원하는 특성은 높은 양자 수율, 좁은 형광 방출, 넓은 흡수 프로필, 광 표백에 대한 안정성, 20초 형광 수명 및 높은 밝기이다.양자 수율이 높으면 형광을 유도하기 위해 양자 닷에 최소한의 에너지를 투입해야 한다.좁은 형광방출에 의해, 다른 타입의 CSSNC간에 중복되는 색 없이, 복수의 색을 동시에 촬영할 수 있습니다.흡수 프로파일이 넓으면 여러 CSSNC를 같은 파장에서 들뜨게 할 수 있기 때문에 여러 CSSNC를 동시에 촬상할 수 있습니다.형광 수명이 20초인 것은 시간 분해 생체 이미징을 가능하게 합니다.CSSNCs의 효용성은 유기불소포자를 보완할 수 있다는 것이다.CSSNC는 광표백에 덜 민감하지만 유기 형광체에 비해 알려진 것은 적다.CSSNC는 유기 염료보다 100~1000배 높은 2광자 형광 효율을 가지고 있으며, 그 가치를 예시하고 있다.생물매체에 CSSNC를 사용하는 경우, 코어는 양자점이며, 껍질은 생체적합성 및 타겟팅에 사용되는 유기분자 또는 DNA 등의 생물학적 리간드일 수 있다.껍질은 또한 생물 분자가 나중에 결합되는 유기 분자가 될 수 있으며, 코어-껍질 구조의 모듈화를 촉진한다.가장 많이 사용되는 코어/셸 쌍은 ZnS 또는 CdS 쉘을 사용하는 CdSe 코어입니다. 코어 재료에만 비해 양자 수율을 개선하고 광 표백으로부터 보호합니다.CSSNC의 크기는 형광의 색상과 직접 관련이 있기 때문에 입자 크기를 제어할 수 있는 것이 바람직합니다.그러나 일반적으로 셀 분자, 매체의 염분 농도, pH 및 온도가 CSSNCs의 특성에 어떻게 영향을 미치며 [54][55][56][57]경험적으로 유지되는지는 알려져 있지 않다.

시험관내 세포라벨링

The pathway of the cells movement can be seen by the absence of CSSNCs

여러 색상의 이미징이 가능하기 때문에 셀 라벨링에 CSSNC를 사용할 수 있는 능력은 더욱 중요해지고 있습니다.그러나 세포막을 가로질러 CSSNC를 얻는 것은 어려울 수 있습니다.이것은 내구증(가장 일반적인 방법), 직접 미세 주입, 전기 주입을 통해 이루어졌으며, 일단 세포에 들어가면, 그것들은 핵에 집중되어 장기 동안 그곳에 머무를 수 있다.CSSNC는 일단 세포 내부에 있으면 세포 분열 후에도 남아 모녀 세포 모두에서 촬영할 수 있습니다.이 특별한 기술은 Xenopus 배아를 사용하여 증명되었다.CSSNC의 또 다른 예는 CSSNC가 내장된 2D 매트릭스 상에 셀이 가운을 입으면 셀이 이동하면서 CSSNC를 흡수하여 CSSNC가 없는 것으로 보이는 흔적을 남기는 추적 능력입니다.이것은 세포의 이동성이 영상화될 수 있다는 것을 의미하는데, 이것은 유방 조직 세포의 전이 잠재력이 이동성과 함께 증가하는 것으로 보여졌기 때문에 중요하다.또한 5가지 CSSNC를 사용하여 5가지 독소를 동시에 검출할 수 있는 것으로 나타났다.

환경 친화적이고 독성이 적은 CSSNC를 지향하기 위해 다양한 셸을 가진 Si 양자 도트가 개발되었습니다.Si는 Cd보다 10배 안전하며 현재 연구는 Si를 수용성과 생체적합성을 높이는 데 초점을 맞추고 있다.특히 폴리(아크릴산)와 알릴아민 껍질을 가진 Si 양자 도트가 세포 라벨링에 사용되어 왔다.다른 체외 사용으로는 흐름 사이클로메트리, 병원체 검출, 게놈 및 단백질 검출 등이 있습니다.

생체내 및 심층조직 이미징

CSSNC는 전자파 스펙트럼의 근적외선 영역(700~900nm)에서 방출하기 때문에 더 높은 주파수(400~600nm)에서 발생하는 조직의 자기 형광과 산란 효과로 인해 이미징이 복잡하지 않다.이것은 동물의 암 수술에서 센티넬 림프절의 지도 작성에 사용되어 왔다.1cm 깊이의 림프절을 촬영하여 CSSNC 축적을 가진 절제된 노드가 전이 세포를 포함할 확률이 가장 높은 것으로 확인되었다.또한 CSSNCs는 생체 내 세포에서 4개월 동안 형광을 유지하는 것으로 나타났다.암세포를 추적하고 진단하기 위해 편평상피 카르미노마 세포주 U14 세포를 사용했으며, 6시간 후에 형광 영상을 볼 수 있었다. 독소루비신에 결합된 CSSNC는 전립선 특이막 항원 단백질을 발현하는 전립선암 세포를 표적화, 영상화 및 감지하는 데도 사용되었다.고분자 껍질이 있는 QD에 결합된 암 특이 항체를 사용하는 것은 종양 표적 이미지에서 가장 인기 있다.

체내 이미징에 CSSNC를 사용하는 것의 주요 단점은 배설과 독성에 대한 정보가 부족하다는 것이다.사용된 전형적인 코어들은 간세포에 대한 DNA 손상과 독성을 보여주지만, 껍데기를 사용하는 것은 이 효과를 감소시키는 것으로 보인다.독성을 줄이기 위해 노심 내 희토류 원소 및 Si 등 다른 물질의 사용을 연구하고 있다.다른 단점으로는 제한된 상업적 가용성, 표면 화학의 가변성, 비특이적 결합 및 기기 제한이 있다.

광학

코어 셸 구조의 크기, 모양 및 구성은 밴드갭과 관련이 있으며, 밴드갭은 다시 그 광학적 [23]특성과 관련이 있습니다.따라서 코어의 크기, 모양 및 재료를 조절함으로써 광학 장치를 조정하고 LED, 검출기, 레이저, 인광기 [54]및 광전지와 같은 광학 장치 및 응용 분야에 사용할 수 있도록 최적화할 수 있습니다.

LED

현재 CSSNC LED 효율은 유기 LED보다 떨어진다.그러나 연구 결과에 따르면 유기 LED가 달성할 수 없는 것을 달성할 수 있는 잠재력이 있는 것으로 나타났습니다.여러 층의 CSSNC를 사용하여 구축된 CSSNC LED는 전도 불량, 전하 불균형, 낮은 발광 효율 및 다수의 핀홀 결함을 초래했습니다.1개의 단층으로 구성된 LED는 이러한 문제를 방지합니다.유기 LED에 비해 CSSNC LED의 장점은 CSSNC LED가 50~100 [58]nm 범위의 유기 LED에 비해 방사량이 32 nm로 좁다는 것입니다.특히 코어셸 모티브는 LED의 일렉트로루미네센스 및 포토루미네센스 양자 효율과 디바이스로 쉽게 가공할 수 있는 능력으로 인해 LED에 사용하기에 바람직하다.현재 LED 디스플레이의 목표는 빨간색 디스플레이의 경우 610-620 nm, 녹색 디스플레이의 경우 525-530 nm, 파란색 디스플레이의 경우 460-470 nm의 파장 방출 재료를 개발하는 것이다.이는 이러한 파장이 인식되는 전력을 최대화하고 National Television System Committee의 표준 색상 삼각형을 벗어나기 때문입니다.CSSNC는 적색방출의 경우 (CdSe)ZnS, 청색방출의 경우 (CdS)ZnS,[59] 녹색방출의 경우 (CdZnSex1−x)CdZnSy1−y 등 이러한 파장방출에 부합하는 것을 합성하였다.CdSe 코어 및 ZnS 또는 CdS/ZnS 쉘을 사용하여 빨간색, 주황색, 노란색 및 녹색 LED의 최대 휘도 값이 각각 9,064, 3,200, 4,470 및 3,700 cd−2 m로 개선되었으며, 전기 발광 효율(1.1–2.8 CD−1)과 V-3-4 전압도 켜졌습니다.

레이저

들뜸이 1개뿐인 CSSNC에서는 흡수와 자극방사가 균등하게 발생하고 들뜸이 2개 이상인 CSSNC에서는 비방사성 오거 재조합이 일어나 레이저의 중요한 품질인 광학적 이득을 감소시킨다.그러나 타입 II CSSNC인 CdS/ZnSe는 단일 들뜸 상태의 자극 방출에 의한 광증폭에 사용되어 오거 재조합을 제거하였다.이는 연속적인 파동 들뜸 하에서 레이싱 임계값을 낮출 수 있어 광게인 미디어로서의 CSSNC의 가능성을 높일 수 있다는 장점이 있습니다.타입 II CSSNC는 들뜸쌍의 전자와 홀을 분리하여 강한 전계를 발생시켜 흡수 [61]손실을 줄입니다.

포스포르

CSSNCs의 모듈화와 유기 폴리머의 안정성을 결합하여 다양한 색상의 인광을 개발하였다.CdSe 코어/ZnS 쉘 CSSNC는 푸르스름한 녹색에서 빨간색으로, (CdS) ZnS QD는 보라색에서 파란색으로 각각 사용됩니다.다양한 크기의 CSSNC를 적당량 혼합함으로써 좁은 발광 프로파일과 높은 광발광 양자 수율을 가진 가시 범위 전체를 [62]달성할 수 있다.

색소 증감 태양전지

ZnO-TiO2 코어셸 나노구조는 ZnO 나노로드와 TiO2 [63]나노입자의 특성을 결합해 빠른 전자수송과 높은 표면적으로 합성됐다.ZnO 나노로드는 전자수송 속도가 빠르고2 TiO 나노입자는 표면적이 높다.ZnO-MgO 코어셸 나노와이어를 합성하여 ZnO 나노와이어 대비 색소 증감 태양전지의 효율을 400% 향상시켰다.MgO 쉘은 [64]재결합을 방지하는 효율적인 절연 터널 역할을 합니다.

레퍼런스

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