नैनो प्रौद्योगिकी के विकास ने हाल के दशकों में वैज्ञानिक अनुसंधान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। अंतहीन नैनोमटेरियल्स अब कैटेलिसिस से बायोमेडिसिन तक कई क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। विभिन्न नैनोमैटिरियल्स में, कोलाइडल नैनोक्रिस्टल्स सबसे महत्वपूर्ण शाखा सामग्रियों में से एक हो सकते हैं, और इसमें कई क्षेत्रों में मजबूत अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के पॉल एल्विसैटोस ने नैनो-फील्ड में बहुत सारे ग्राउंडब्रेकिंग का काम किया है। उन्होंने प्रसिद्ध पत्रिका नैनो लेटर्स [1] के उद्घाटन अंक में इस तरह का सवाल किया: ऐसे विशिष्ट पैमाने की सीमा एक को क्यों परिभाषित कर सकती है? विज्ञान और एक वैज्ञानिक पत्रिका? ऐसे सम्मोहक नैनोमीटर पैमाने का विशेष बिंदु क्या है? यहां, हमने विभिन्न क्षेत्रों में क्वांटम डॉट्स (जो कि पॉल एलिविसैटोस ने क्वांटम डॉट सामग्रियों के विकास में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है) के विकास को संक्षेप में बताकर इस समस्या को हल करने की कोशिश के लिए एक छोटा फुटनोट संकलित किया है।

1. परिभाषा

सामान्य तौर पर, कोलाइडल नैनोक्रिस्टल्स क्रिस्टल के टुकड़े होते हैं, जिनके घोल में मेटास्टेबल रूप में 1-100 एनएम का आकार होता है। अपने भौतिक आकार और कई गुणों के महत्वपूर्ण आकार, काफी सतह परमाणु अनुपात के कारण, कोलाइडल नैनोक क्रिस्टलों के कई गुण आकार [3] से संबंधित एक अद्वितीय घटना दिखाते हैं। परंपरागत रूप से, कोलाइडल नैनोक्रिस्टल्स को मुख्य रूप से महान धातु कोलाइडल नैनोक्रिस्टल और सेमीकंडक्टर कोलाइडल नैनोक्रिस्टल में वर्गीकृत किया जाता है। शास्त्रीय क्वांटम कारावास प्रभाव के अनुसार, जब सेमीकंडक्टर कोलाइडल नैनोकल्चर का ज्यामितीय त्रिज्या थोक सामग्री के एक्साइटन बोओल त्रिज्या से छोटा होता है, वैलेंस बैंड की ऊर्जा स्तर और चालन बैंड एक असतत वितरण रूप में दिखाई देगा। इसे आकार से संबंधित होना चाहिए। इस प्रकार, शास्त्रीय अध्ययन ने सेमीकंडक्टर नैनोक्रिस्टल्स को त्रिज्या के आकार के साथ क्वांटम डॉट्स के रूप में एक्साइटन बोअर त्रिज्या के करीब या उससे कम बताया है।

चित्रा 1 क्वांटम डॉट्स की संरचना (सतह और कोर) [2]

चित्रा 2 चित्रा 2 CEMS नैनोकणों के मोनोडिस्पर्स की टीईएम छवि [4]
क्वांटम डॉट्स के विकास के प्रारंभिक चरण में, अनुसंधान ने धातु चाकोजेनाइड्स के क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया है। 1993 में, एमआईटी के बावेंडी समूह [4] ने ऊँचे तापमान वाले सॉल्वैंट्स में ऑर्गोनोमेट्रिक यौगिकों को इंजेक्ट किया, और यौगिकों को अच्छी तरह से फैलाव के साथ कैडमीन सेलेनाइड (CdSe) जैसे धातु चाकोजेनाइड्स प्राप्त करने के लिए घोल में डुबोया गया। Nanocrystalline। इन उच्च गुणवत्ता वाले सेमीकंडक्टर नैनोक्रिस्टल्स में लगभग 1 एनएम से 12 एनएम की सीमा में एक व्यास आकार का वितरण होता है, एक समान क्रिस्टल संरचना होती है, और आकार-निर्भर प्रकाश उत्सर्जन और अवशोषण विशेषताओं का प्रदर्शन होता है। यह सेमीकंडक्टर नैनोक्रिस्टल अनुसंधान के तेजी से विकास में क्वांटम डॉट्स के व्यवस्थित अध्ययन का एक प्रारंभिक क्लासिक है। हालांकि, दशकों के विकास अनुसंधान के बाद, मूल सेमीकंडक्टर नैनोक्रिस्टल से क्वांटम डॉट्स की अवधारणा को भी बढ़ाया गया है, और आजकल, कैडमियम के बिना पेरोसाइट क्वांटम डॉट्स, कार्बन क्वांटम डॉट्स, और अकार्बनिक क्वांटम डॉट्स जैसी सामग्री रिसर्च हॉटस्पॉट बन गई हैं। इसलिए, इन उभरती हुई सामग्रियों के अनुप्रयोग भी शामिल होंगे।

2.LED

चित्रा 3 QLED इंकजेट मुद्रण [7]
1994 की शुरुआत में, पी। अलिविसतोस एट अल। उपन्यास कार्बनिक-अकार्बनिक संकर इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट डायोड के निर्माण के लिए सेमीकंडक्टिंग पॉलिमर के साथ पहले संयुक्त सीडीएसई क्वांटम डॉट्स। नई विधानसभा तकनीकों को विकसित करके, शोधकर्ताओं ने बहु-परत क्वांटम डॉट्स का निर्माण किया है जो चार्ज परिवहन को सक्षम करते हैं। थर्मल, रासायनिक और यांत्रिक स्थिरता में पारंपरिक थोक अकार्बनिक अर्धचालक डायोड के फायदे भी बरकरार रखे गए हैं [5]। हालांकि, इन उपकरणों में कार्बनिक परत में बहुत कम वाहक गतिशीलता और नैनोक्रिस्टलाइन चालकता होगी, जो फोटोवोल्टिक डिवाइस की दक्षता को सीधे प्रभावित करती है। 2006 के आसपास, एसजे रोसेंथल [6] और अन्य लोगों ने सफेद फॉस्फोर के रूप में एक अल्ट्रा-छोटा सीडीएसई नैनोक क्रिस्टल तैयार किया। क्वांटम डॉट्स सतह के आकार में बहुत बड़े और विशिष्ट सतह क्षेत्र में बड़े होते हैं, जो नैनोक्रिस्टल की सतह पर बातचीत करने वाले इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संभावना को काफी बढ़ाता है, ताकि नैनोक क्रिस्टलों की स्टोक्स शिफ्ट 40-50 एनएम तक पहुंच सके और व्यापक स्पेक्ट्रम का प्रदर्शन कर सके। दृश्य क्षेत्र में उत्सर्जन। विशेषताएँ। इस नए सफेद फॉस्फोर के आविष्कार ने क्वांटम डॉट लाइट-एमिटिंग डायोड (QLEDs) की अनुप्रयोग संभावनाओं को बहुत विस्तार दिया है। हाल के वर्षों में, QLED प्रोटोटाइप उपकरणों की प्रयोगशाला तैयारी धीरे-धीरे डिजाइन और तंत्र अनुसंधान [7] में परिपक्व हो गई है, और बड़े क्षेत्र के आरजीबी पिक्सेल सरणियों के औद्योगिक उत्पादन को बढ़ावा देना भी एक शोध हॉटस्पॉट बन गया है। आजकल, इंकजेट प्रिंटिंग और ट्रांसफर प्रिंटिंग जैसी पैटर्निंग प्रौद्योगिकियों के विकास ने QLED के बड़े-क्षेत्र प्रदर्शन प्रौद्योगिकी की परिपक्वता की नींव रखी है, और QLED के वाणिज्यिक अनुप्रयोग को काफी बढ़ावा दिया है।

3. जीवित इमेजिंग

चित्रा 4 विवो ऑप्टिकल इमेजिंग में कार्बन डॉट्स [11]
प्रतिदीप्ति एक उपकरण है जो जैविक क्षेत्र में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। पारंपरिक फ्लोरोसेंट रंजक की तुलना में, क्वांटम डॉट्स में उच्च उत्सर्जन चमक, बड़े दाढ़ विलुप्त होने के गुणांक और व्यापक अवशोषण स्पेक्ट्रम की विशेषताएं हैं, और इसका उपयोग फ्लोरोसेंट रंजक या फ्लोरोसेंट प्रोटीन के विकल्प के रूप में किया जा सकता है। पी। अलविसैटोस एट अल। [Um] १ ९९ um में फाइब्रोब्लास्ट लेबलिंग के लिए क्वांटम डॉट्स का इस्तेमाल किया, जिसने बायोमेडिकल इमेजिंग के लिए फ्लोरोसेंट जांच के रूप में क्वांटम डॉट्स के अनुप्रयोग को खोल दिया है। नी शुमिंग की शोध टीम ने इमेजिंग के क्षेत्र में भी अग्रणी काम किया। अनुसंधान दल ने न केवल बायोमैक्रोमोलेक्यूल्स के साथ जिंक सल्फाइड / कैडमियम सेलेनाइड कोर-शेल क्वांटम डॉट्स के सहसंयोजक युग्मन का उपयोग किया, बल्कि अति संवेदनशील गैर-समस्थानिक अनुरेखण [9] को प्राप्त करने के लिए 1998 की शुरुआत में, उन्हें जीवित जानवरों में भी पहली बार एहसास हुआ। ट्यूमर लक्ष्यीकरण और इमेजिंग अध्ययन [10] ने क्वांटम डॉट रोग के लिए नैदानिक अध्ययन विकसित किए हैं। अकार्बनिक नैनोक्रिस्टल्स, विशेष रूप से कैडमियम-आधारित नैनोक्रिस्टल, जीवों पर विषाक्त प्रभाव पैदा कर सकते हैं, इसलिए उत्कृष्ट जैव-रासायनिकता के साथ क्वांटम डॉट्स का संश्लेषण एक शोध हॉटस्पॉट रहा है। उदाहरण के लिए, सिंथेटिक तांबा-आधारित या चांदी-आधारित क्वांटम डॉट्स पर शोध सामग्री के जैविक विषाक्तता को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। इसके अलावा, धातु मुक्त क्वांटम डॉट्स का विकास भी एक महत्वपूर्ण रणनीति है। हां-पिंग सन एट अल द्वारा संश्लेषित कार्बन डॉट्स। चूहों में इंजेक्शन के बाद अभी भी काफी प्रतिदीप्ति तीव्रता बनाए रखें [11]। विषाक्तता के अलावा, क्वांटम डॉट्स के उत्सर्जन क्षेत्र को बेहतर बनाने के लिए निकट-अवरक्त जैव-ऑप्टिकल खिड़कियों के अनुरूप बेहतर बनाने के लिए भी नैनोकिस्ट्रलाइन चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए एक चुनौती है।

4. नर्तक उपचार

चित्रा 5 ग्राफीन क्वांटम डॉट्स के सिंगलेट ऑक्सीजन पीढ़ी तंत्र [13]
फोटोडायनामिक थेरेपी अब एफडीए द्वारा अनुमोदित कैंसर उपचार कार्यक्रम में विकसित हुई है। सामान्य तौर पर, फोटोसेनिटाइज़र दवाएं शरीर में ट्यूमर कोशिकाओं को मारने वाली प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों का उत्पादन करने के लिए उत्तेजित होती हैं। हालांकि, फोटोसेंसिटाइज़र पानी की घुलनशीलता में खराब है और शरीर में एकत्रीकरण के कारण फोटोकेमिकल गतिविधि को खो देता है। 2003 में, बर्दा टीम [12] ने पहली बार एक छायाकार के रूप में सीडीएसई क्वांटम डॉट्स की विकास क्षमता को समझाया। क्वांटम डॉट्स के ऑप्टिकल गुण यह निर्धारित करते हैं कि यह एक शक्तिशाली फोटॉन अवशोषक है जो ऊर्जा को कुशलता से स्थानांतरित करता है और इसकी सतह क्रियाशीलता शरीर में फैलाव को बढ़ाती है। विषाक्तता की समस्या को हल करने के लिए, चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी और रसायन विज्ञान संस्थान के वांग पेंगफेई और हांगकांग के सिटी विश्वविद्यालय के वेनजुन झांग की संयुक्त टीम [13] ने पाया कि ग्रेफीन क्वांटम डॉट्स कुशलता से एकल उत्पादन कर सकते हैं। ऑक्सीजन और ट्यूमर को मारने के लिए जीवित ट्यूमर पर कार्य करते हैं। इसके अलावा, हाल के शोध ने क्वांटम डॉट सामग्री को ट्यूमर फोटोथर्मल थेरेपी और विकिरण चिकित्सा के आवेदन के लिए बढ़ाया है।

5.आर्थिक प्रकाश संश्लेषण

चित्रा 6 कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के क्षेत्र में क्वांटम डॉट्स के अनुप्रयोग लाभ [14]
क्वांटम कारावास प्रभाव के अनुसार, क्वांटम डॉट्स के बैंड गैप को एक उपयुक्त विधि द्वारा कृत्रिम रूप से समायोजित किया जा सकता है, ताकि क्वांटम डॉट्स का अवशोषण उत्सर्जन क्षेत्र संबंधित सामग्री और आणविक के साथ तुलना में पूरे दृश्य प्रकाश वर्णक्रमीय सीमा को कवर कर सके। रंगों। इसके अलावा, क्वांटम डॉट्स के एक्साइटन जेनरेशन और चार्ज पृथक्करण प्रभाव अधिक नियंत्रणीय हैं, इसलिए कैटेलिटिस के क्षेत्र में क्वांटम डॉट्स का अनुप्रयोग भी एक बहुत महत्वपूर्ण मुद्दा है। 1980 के दशक में, प्लैटिनम या रूथेनियम ऑक्साइड [15] और अन्य प्रमोटरों के लिए क्वांटम डॉट्स के संशोधन पर शोध हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित कर सकता है। तब से, शोधकर्ता क्वांटम डॉट-आधारित कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण के निर्माण पर काम कर रहे हैं और लगातार इसके प्रदर्शन का अनुकूलन कर रहे हैं। 2012 में, क्वांटम डॉट कैटेलिटिक सिस्टम के फोटोकैटलिटिक हाइड्रोजन उत्पादन में एक महत्वपूर्ण सफलता मिली। क्रस एट अल। [१६] पाया गया कि CdSe क्वांटम डॉट्स को लिपोइक एसिड के साथ लेपित किए जाने के बाद, क्वांटम डॉट्स को आसानी से निकेल आयन-लिपोइक एसिड सिस्टम से बंधकर हाइब्रिड कैटेलिटिक सिस्टम बनाया गया। दृश्य प्रकाश विकिरण के तहत, यह प्रणाली कम से कम 360 घंटे (36% तक क्वांटम उपज) के लिए सक्रिय हाइड्रोजन उत्पादन को बनाए रख सकती है, गैर-कीमती धातु उत्प्रेरक की आवेदन संभावनाओं में काफी सुधार करती है। अब तक, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण प्रणालियों के विकास के दशकों के बाद बड़े पैमाने पर उत्पादन और बड़े पैमाने पर उपयोग की खोज के चरण में प्रवेश किया है, क्वांटम डॉट्स ने अधिग्रहण और उत्पादन लागत के स्रोत के संदर्भ में कीमती धातुओं पर लाभ स्थापित किया है, लेकिन कैडमियम-मुक्त का विकास पर्यावरण के अनुकूल और दृश्य प्रकाश-उत्तरदायी क्वांटम डॉट्स (जैसे जस्ता सेलेनाइड क्वांटम डॉट्स) नए रूपांतरण रूपांतरण प्रणालियों को लागू करने के लिए एक चुनौती बने हुए हैं।

6.Perovskite क्वांटम डॉट

चित्र 7 बिस्मथ-लीड हालिड पेरोसाइट क्वांटम डॉट्स की संरचना और गुण [17]
अब तक, धातु सल्फाइड नैनोक्रिस्टल सबसे अच्छी तरह से विकसित और सबसे अधिक गहराई वाली क्वांटम डॉट सामग्री हैं, और उनके पास अनुप्रयोगों की सबसे विस्तृत श्रृंखला है। पिछले पांच वर्षों में, पेरोवोसाइट की एक क्रिस्टल संरचना के साथ क्वांटम डॉट्स एक उभरती हुई शोध हॉटस्पॉट बन गई है। क्वांटम डॉट का यह नया प्रकार अब धातु सल्फाइड नहीं है। इसके बजाय, यह एक धातु halide है। एक पेरोसाइट संरचना के साथ एक धातु हलाइड सुपरकंडक्टिविटी और फेरोइलेक्ट्रिक गुणों जैसे अद्वितीय गुणों को प्रदर्शित करता है जो पारंपरिक क्वांटम डॉट्स में उपलब्ध नहीं हैं। जल्द से जल्द कार्बनिक-अकार्बनिक हाइब्रिड पेरोसाइट नैनोसेक्रल्स को ऑक्सीजन और आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय कारकों के प्रति बेहद संवेदनशील होने का नुकसान है, जो इस सामग्री के विकास को सीमित करता है। लगभग एक ही समय में, कोवलेंको के अनुसंधान समूह [17] ने 2014 में ऑल-इनऑर्गेनिक बिस्मथ-लीड हैलिडेव क्वांटम डॉट्स की तैयारी का बीड़ा उठाया। इस कोलाइडल क्वांटम डॉट में एक क्यूबिक पेर्कोवस क्रिस्टल संरचना है, जबकि एक्सिटॉन बोहर त्रिज्या 12 से अधिक नहीं है। एनएम और इसीलिए डिमेंस के संबंधित वर्णक्रमीय गुणों को प्रदर्शित करता है। यह उभरती हुई सामग्री क्वांटम डॉट्स और पेरोसाइट सामग्री के लाभों को जोड़ती है ताकि क्वांटम डॉट्स के संभावित अनुप्रयोगों का विस्तार किया जा सके। पिछले एक या दो वर्षों में, पर्कोवेट क्वांटम डॉट्स का उपयोग न केवल फोटोवोल्टिक कोशिकाओं और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक डिस्प्ले डिवाइस में किया गया है, बल्कि अभी तक निर्मित नहीं किया गया है। नई लेजर सामग्री [18] नई रणनीतियां प्रदान करती हैं।

7.Summary

क्वांटम डॉट्स तथाकथित नैनोमीटरों के "आकार प्रभाव" की व्याख्या के लिए प्रतिनिधि सामग्री हैं। वे अधिक से अधिक क्षेत्रों में अधिक व्यापक रूप से लागू किए गए हैं, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से फोटोकाटलिसिस से बायोडेटेक्शन तक, लगभग वर्तमान और भविष्य की दैनिक आवश्यकताओं को कवर करते हैं। हालांकि, अंतरिक्ष सीमाओं के कारण, कई क्वांटम डॉट परिवार के सदस्य सामग्री जैसे सिलिकॉन क्वांटम डॉट्स का उल्लेख नहीं किया गया है, और प्रतिनिधि अनुसंधान में सामग्री अनुप्रयोगों की शुरूआत बनी हुई है। इन क्लासिक अनुसंधान प्रतिमानों को संक्षेप में प्रस्तुत करके, यह उम्मीद की जाती है कि क्वांटम डॉट्स के विकास को कुछ हद तक संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है।
संदर्भ
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