با AMINBIC همراه باشید تا با گرافن کوانتوم دات بیشتر آشنا شوید.
گرافن کوانتوم دات‌ها
گرافن لایه‌ای منفرد از اتم‌های کربن است که در یک شبکه لانه زنبوری دوبعدی قرار گرفته‌اند. گرافن کوانتوم دات‌ها بخش‌های کوچکی از گرافن هستند که معمولا کمتر از 20 نانومتر سایز داشته و دارای ویژگی‌های گرافن و محدودیت‌های کوانتومی (quantum confinement) هستند. محدودیت کوانتومی زمانی اتفاق می‌افتد که سایز ذرات هم‌اندازه یا کوچک‌تر از شعاع بور باشد.
چطور ساخته می‌شوند؟
سنتز گرافن کوانتوم دات برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ توسط محققانی از دانشگاه هاروارد انجام شد. در این روش، از یک کربن دی اکسید گرم شده و یک ماده فلزی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. در این فرآیند، ابتدا برای تولید یک نانو ذره گرافنی، یک بخار از کربن دی اکسید ایجاد می‌شود و سپس در حضور فلز کاتالیزور، کربن دی اکسید از بین می‌رود و بر روی سطح فلز رسوب می‌کند. سپس کربن‌های بین مولکولی با استفاده از گرما و فشار، به یکدیگر متصل می‌شوند و در نهایت نانوذرات گرافنی ساخته می‌شوند. این روش به دلیل سادگی و کم هزینه بودن آن، به یکی از محبوب‌ترین روش‌های ساخت این ترکیبات تبدیل شده است
ویژگی‌های گرافن کوانتوم دات
- خواص نوری
گرافن کوانتوم دات‌ها خواص نوری منحصر به فردی مثل فتولومینسانس دارد که در فرم بالک گرافن دیده نمی‌شود و این ویژگی می‌تواند با تغییر سایز و شکل آنها تغییر کند.
- خواص الکترونیک
اندازه و شکل گرافن کوانتوم دات‌ها می‌تواند بر روی پهنای باند الکترونیکی آنها تأثیر بگذارد. این امر امکان استفاده از آنها در کاربردهای متنوعی مانند سلول‌های خورشیدی و دیود‌های نوری را فراهم می‌کند.
این مواد می‌توانند نور را در طیف‌های مختلف جذب و ساطع کنند، که این ویژگی آنها را برای کاربردهای تصویربرداری بیولوژیکی و حسگرها مناسب می‌سازد
- پایداری شیمیایی و زیست سازگاری
گرافن کوانتوم دات‌ها از لحاظ شیمیایی پایدارند و برخلاف دیگر کوانتوم دات‌ها معمولا غیرسمی و برای کاربرد بیولوژیکی مناسب هستند.
- نسبت سطح به حجم بالا
این خصوصیت آنها را برای کاربردهایی که نیاز به واکنش پذیری سطحی بالایی دارندز فوق العاده می‌سازد.
کاربردها
- الکترونیک و اپتوالکترونیک
به دلیل ویژگی‌های الکترونیکی منحصربه فردی که دارند، آنها را می‌توان درfield-effect transistors (FETs) ، light-emitting diodes (LEDs) و سلول‌های فتوولتائیک (تبدیل‌کننده مستقیم نور خورشید به الکتریسیته) استفاده کرد.
- کاربردهای زیست پزشکی
- زیست سازگاری و سمیت کم گرافن کوانتوم دات‌ها آنها را برای کاربردهای مختلف زیست پزشکی از جمله دارورسانی هدفمند، تصویربرداری زیستی و درمان سرطان مناسب می‌سازد.
این مواد دارای بار منفی معمولا با مولکول‌های زیستی دارای بار مثبت برهمکنش غیر کوالان می‌دهند. گرافن کوانتوم دات‌ها با تکنیک‌های بیوکونژوگاسیون به زیست مولکول‌هایی مثل پروتئین‌ها، پورفیرین‌ها ، لکتین‌ها، پلی ساکاریدها و نوکلئیک اسیدها متصل می‌شوند.
کاربردهای زیستی گرافن کوانتوم دات
- ذخیره و تبدیل انرژی
این ترکیبات به علت نسبت سطح به حجم و رسانایی الکتریکی بالا می‌توانند عملکرد دستگاه‌های ذخیره کننده انرژی را با افزایش ظرفیت ذخیره بار و تسریع انتقال الکترون برای کاربردهای مرتبط با انرژی مثل ابرخازن‌ها و باتری‌ها بهینه سازی کنند. علاوه بر این به عنوان کاتالیزور در سلول‌های سوختی مورد توجه قرار گرفته‌اند.
- کاربردهای محیطی
گرافن کوانتوم دات‌ها در حذف آلاینده‌ها و سنسورهایی برای پایش محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها می‌توانند به صورت انتخابی به آلاینده‌های مختلف متصل شده و به حذف آنها از آب و هوا کمک کنند.
حساسیت گرافن کوانتوم دات‌ها به مواد شیمیایی مختلف آنها را برای استفاده در سنسورهای بر پایه تشخیص آلودگی‌های محیطی با غلظت کم مناسب می‌سازد.
چالش و دیدگاه‌های آینده
یکی از چالش های اصلی این مواد سنتز مقیاس پذیر وتکرارپذیر با ویژگی‌های تعریف شده و قابل کنترل است. تحقیقات آینده بر روی توسعه روش‌های سنتز جدید برای کاربردهای خاص متمرکز خواهد بود.
ارزیابی سمیت و اثرات زیست محیطی آنها، به ویژه برای کاربردهای زیست‌پزشکی و اکولوژیکی، نیز بسیار حائز اهمیت است.
در نهایت، آنها پتانسیل بالایی برای ایجاد تحولات قابل توجه در بسیاری از زمینه‌ها دارند اما رسیدن به این هدف مستلزم برطرف کردن چالش‌های فنی و محیطی موجود است.
تهییه و تنظیم از:
- مریم شیخی
- مهسا خباز
