Quantum Dots
Quantum dots (QDs) – Pontos Quânticos
É uma nova área de investigação no grupo. Estes materiais, de escala nanométrica, são tidos como a próxima geração de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, tais como os diodos emissores de luz e células fotovoltaicas .
O que são?
Os QDs são nanopartículas ou nanocristais de material semicondutor de dimensão que varia de 2 a 10 nm, com elementos do grupo II-VI (CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnO, etc) ou III-V (InP, InAs) [1] com propriedades distintas, como: elevada absorção, fotoestabilidade, larga região do espectro de excitação com estreitas bandas de emissão e baixa tendência de fotodegradação [2].
Esquema ilustrativo da variação das propriedades de emissão variando-se o tamanho das partículas.
Propriedades físicas que são únicas, advindas do confinamento quântico.
Com a diminuição do tamanho dos QDs, aumenta o grau de confinamento. Como resultado, a recombinação do par elétron-buraco (éxciton) fica mais intensa e, consequentemente, ocorre um aumento na diferença entre a banda de valência e a banda de condução (band gap de energia) [3]. Possibilidade de controlar o band gap de energia e o comprimento de onda de emissão, pelo ajuste do tamanho dos QDs!!!
Representação da densidade de estados para um nanocristal e o respectivo confinamento a partir das três dimensões espaciais.
Quais são as aplicações
Os nanocristais semicondutores apresentam inúmeras aplicações incluindo tecnologias de emissão de luz, tais como: displays, lasers, computação quântica, transistores, células solares [4,5], biomedicina e biossensores [6], promissores como marcadores biológicos para detecção e tratamento de tumores sólidos em estágio inicial [7], para sistemas catalíticos diversos, sendo esta última aplicação, uma área ainda pouco explorada [8].
Ilustração dos potenciais de aplicação dos QDs.
Preparo e caracterização de QDs de ZnO
O ZnO tem recebido especial atenção da comunidade científica devido suas singulares propriedades ópticas, eletrônicas e magnéticas [9]. O ZnO tem um band gap de 3,37 eV (365 nm) a temperatura ambiente, além de exibir um importante pico de emissão em torno de 520 nm [10,11]. Dentre os óxidos semicondutores é um dos mais promissores para aplicações em dispositivos óptico-eletrônicos, células fotovoltaicas, condutores transparentes, sensores para diversos gases como acetileno, etanol e monóxido de carbono e fotocatalisadores [10,12]. Além disso, apresenta propriedades piezoelétricas, por apresentar uma estrutura não centro-simétrica, biocompatibilidade para aplicações biomédicas e estabilidade química [12].
1. Mansur, H. S. Wires Nanomed Nanobi 2010, 2, 113-129.
2. Fu, Y.; Zhang, J.; Lakowicz, J. R.. Photochem Photobiol 2009, 85, 646-651.
3. Alivisatos, A. P. Science 1996, 271, 933-937.
4. Sargent, E. H. Nat Photonics 2012, 6, 133-135.
5. Zhitomirsky, D.; Kramer, I. J.; Labelle, A. J.; Fischer, A.; Debnath, R.; Pan, J.; Bakr, O. M.; Sargent, E. H. The Effect of Polydispersity. Nano Lett 2012, 12, 1007-1012.
6. Medintz, I. L.; Uyeda, H. T.; Goldman, E. R.; Mattoussi, H. Nat Mater 2005, 4, 435-446.
7. Smith, A. M.; Dave, S.; Nie, S.; True, L.; Gao, X. Expert Rev. Mol. Diagn. 2006, 6, 231-234.
8. Han, X.; Han, Y. Z.; Huang, H.; Zhang, H. C.; Zhang, X.; Liu, R. H.; Liu, Y.; Kang, Z. H. Dalton T 2013, 42, 10380-10383.
9. Asok, A.; Gandhi, M. N.; Kulkarni, A. R. Nanoscale 2012, 4, 4943-4946.
10. Bera, D.; Qian, L.; Sabui, S.; Santra, S.; Holloway, P. H. Opt Mater 2008, 30, 1233-1239.
11. Bera, D.; Qian, L.; Holloway, P. H. J Phys D Appl Phys 2008, 41, 1-4.
12. Djurisic, A. B.; Leung, Y. H. Small 2006, 2, 944-961.
