Sobre nanopartículas semicondutoras

Nanopartículas de materiais semicondutores têm todas as três dimensões na faixa de 1–20 nm e possuem novas propriedades eletrônicas, magnéticas, catalíticas e ópticas. Isso se deve à grande proporção entre superfície e volume e ao tamanho reduzido. À medida que o diâmetro da partícula se aproxima do diâmetro do exciton Bohr, os portadores de carga ficam confinados em três dimensões com zero graus de liberdade. Como resultado das restrições geométricas, o elétron sente os limites das partículas e responde aos tamanhos das mesmas ajustando sua energia. Este fenômeno, conhecido como efeito do tamanho quântico, faz com que a banda contínua do sólido se divida em níveis discretos quantizados e o “bandgap” aumente.
Métodos de preparação
Métodos tradicionais, como deposição química de vapor e métodos de epitaxia por feixe molecular, têm sido usados, mas apresentam limitações, pois produzem partículas que são fixadas em um substrato ou incorporadas em uma matriz, limitando assim seu potencial em aplicações.
Acesso coloidal
O acesso coloidal às nanopartículas é realizado através da realização de uma reação de precipitação em solução homogênea na presença de estabilizantes, cuja função é prevenir a aglomeração e posterior crescimento. A estabilidade do crescimento coloidal dos cristais pode ser melhorada usando solventes com constantes dielétricas baixas ou usando estabilizadores como o copolímero de estireno / ácido maleico.
Amadurecimento de Ostwald
Em um processo conhecido como amadurecimento de Ostwald, pequenos cristais, que são menos estáveis, se dissolvem e recristalizam em cristais maiores e mais estáveis. Para que este método seja eficaz, as nanopartículas devem ter baixa solubilidade, o que pode ser alcançado pela escolha criteriosa do solvente, pH e agente passivador.
Pirólise Os problemas associados à rota coloidal de baixa temperatura poderiam ser superados pela injeção de precursores que sofrem pirólise em alta temperatura em um solvente de coordenação de alto ponto de ebulição. Esta rota usa um alquil de metal volátil (dimetilcádmio) e uma fonte de calcogênio seleneto de tri-n-octilfosfina (TOPSe), dispersos em tri-n-octilfosfina (TOP) e injetados em TOPO quente (óxido de tri-n-octilfosfina). As partículas produzidas por este método são monodispersas e cristalinas.
Rotas químicas
Uma rota química alternativa para nanopartículas usa precursores de molécula única em que a ligação metal-calcogeneto está disponível provou ser uma rota muito eficiente para nanopartículas de alta qualidade. A decomposição do precursor leva à formação das nanopartículas, com o término do crescimento ocorrendo quando o suprimento do precursor se esgota. Após a injeção inicial, ocorre rápida nucleação, seguida de crescimento controlado dos núcleos. Quando as nanopartículas atingem o tamanho desejado, o crescimento posterior é interrompido pelo resfriamento rápido da solução. Os nanocristais são isolados da solução de crescimento pela adição de outro solvente que é miscível com o solvente inicial. A solução turva resultante é centrifugada e as nanopartículas são isoladas na forma de um pó. Os complexos metálicos de alquiltioureias também provaram ser precursores muito bons para a síntese de nanopartículas.