Спосіб синтезу нанокристалів телуриду кадмію заданого розміру

Спосіб синтезу нанокристалів телуриду кадмію заданого розміру в колоїдному розчині вихідних реактивів в деіонізованій воді, що містять те 3 проведення реакції синтезу в спеціальному реакторі при підвищених температурах потребує додаткового спеціального обладнання і енергозатрат. Найбільш близьким до способу, що заявляється, (прототип) є патент США US 6,872,249 В2 (2005 р.) [3]. Нанокристали CdTe синтезують хімічними методами в колоїдному розчині з вихідних реактивів, що містять елементарний телур, кадмій, деіонізовану воду, додециламін, гексадециламін, октадециламін, стеаринову кислоту, гексилфосфатну кислоту. Реакцію синтезу нанокристалів проводять в спеціальному реакторі при 250°С. Розміри отриманих НК CdTe задаються тривалістю реакції та температурою реакції. Такий спосіб також дозволяє отримувати достатньо якісні НК CdTe заданих розмірів, однак синтез, як і в роботі [2], необхідно проводити при підвищених температурах, що потребує додаткового спеціального обладнання і енергозатрат. Задачею корисної моделі є створення більш дешевої методики хімічного синтезу нанокристалів телуриду кадмію заданого розміру при кімнатних температурах при збереженні високого квантового виходу випромінювальної рекомбінації та однорідності за розмірами. Вказана задача вирішується завдяки тому, що синтез проводять при рН=12,0-12,3 в інертній атмосфері при кімнатних температурах тривалістю 1-6 хвилин, в якості джерела кадмію використовують Cd(ClO4)2.6H2O, джерела телуру - телуроводень Н2Те, а колоїдний розчин додатково містить пасиватори - тіогліколеву кислоту (TGA) або Lцистеїн (L-cys) або їх суміш, при наступному співвідношенні компонентів в моль/л: [Cd(ClO4)2.6H2O] = 0,0009-0,0011 [Н2Те] = 0,00024-0,00026 [TGA] або [L-cys] або [TGA+L-cys] = 0,0230,025, причому розміри нанокристалів наперед задають кількісним вмістом пасиваторів. Приклад конкретного виконання Синтез нанокристалів телуриду кадмію заданих розмірів Для синтезу нанокристалів CdTe в колоїдному розчині використовувались реактиви: Cd(ClO4)2.6H2O "х.ч.", тіогліколева кислота 98+% "Aldrich", L-цистеЇн 99,2+% ("Сфера Сім"); 0,1М NaOH "ч" для створення необхідного рН; телур марки ТВ-4; деіонізована вода з питомим опором 18МОм. Основою синтезу нанокристалів CdTe є взаємодія іонів Cd2+ і Те2- у лужному середовищі при рН=12-12,3 в присутності пасиваторів - тіогліколевої кислоти (TGA), L-цистеїну (L-cys). При цьому водний розчин іонів Cd2+ готується шляхом розчинення в деіонізованій воді солі Cd(ClO4)2.6H2O. При розчиненні у воді пасиваторів (TGA і L-cys) відбувається заміщення молекул води, які знаходяться в октаедричному оточені іонів Cd2+. Джерелом аніонів телуру був телуроводень H2Te, який одержували електрохімічним способом з телуру та 50%-го розчину сульфатної кислоти, а для створення інертної атмосфери використовували аргон. При пропусканні через розчин газу Н2Те при кімнатних температурах відбувається спонтанне утворення нанокристалів. Атоми сірки, яка входить до 54854 4 складу пасиваторів, утворюють зв'язки з поверхневими атомами кадмію нанокристала CdTe. Це запобігає злипанню нанокристалів і зменшує дисперсію їх розмірів. Ріст нанокристалів CdTe внаслідок хімічних реакцій у водному розчині можна описати тристадійним процесом. На першому етапі в перенасиченому розчині відбувається утворення мікрозародків (кластерів CdTe) з іонів Cd2+ та Те2-. На другому етапі, відбувається збільшення розмірів кластерів при зменшенні ступеня перенасичення розчину. Ці два процеси пов'язані з виштовхуванням молекул води та меркаптопохідних і визначаються вільною енергією перенасиченого розчину. Протягом цих етапів утворюються кластери CdTe докритичного розміру із сильною розвиненістю поверхні. На третьому етапі, після досягнення критичного розміру, відбувається збільшення розмірів кластерів шляхом дифузійного масопереносу від малих кластерів до більших (розчинення малих кластерів в більших), що стимулюється зменшенням вільної поверхневої енергії нанокристала, причому кінцеві розміри НК прямо залежать від того, який використано пасиватор або яке співвідношення між пасиваторами в їх суміші. Синтез НК CdTe проводили протягом 3-х хвилин при рН=12,1 і наступному співвідношенні компонентів в моль/л: [Cd(ClO4)2.6H2O]= 0,001 [Н2Те] = 0,00025 [TGA] або [L-cys] або [TGA+L-cys] = 0,024, причому розміри нанокристалів наперед задавали кількісним вмістом пасиваторів. Для відповідного вмісту пасиваторів [TGA:Lcys] отримані такі розміри НК: 1,8нм тільки для [TGA] = 0,024моль/л, 2,4нм для суміші пасиваторів у співвідношенні [50:50] - [TGA:L-cys] = 0,024моль/л і 3,1нм тільки для [L-cys] = 0,024моль/л. Контроль якості та визначення середніх розмірів синтезованих запропонованим способом нанокристалів CdTe нами проводились за допомогою дослідження спектрів поглинання і фотолюмінесценції (ФЛ). Збудження ФЛ здійснювалося He-Cd лазером з довжиною хвилі 325,0нм і потужністю 10мВт. Спектри ФЛ реєструвалися за допомогою автоматизованої установки на основі спектрометра МДР-23, оснащеного охолоджуваним фотопомножувачем ФЭУ-62 або ФЭУ-100. На фіг. 1 представлено типові спектри ФЛ (криві 1-3) і оптичного поглинання (криві 4-6) синтезованих НК CdTe з різним вмістом пасиваторів TGA і L-cys ( криві 1,4 тільки TGA, криві 2, 5 - співвідношення TGA:L-cys 50:50, криві 3, 6 - тільки L-cys. Дослідження спектрів ФЛ проводились при кімнатній температурі. Спектр ФЛ складається з відносно вузької смуги, що обумовлена рекомбінацією екситонів в НК. Енергетичне положення максимуму екситонної смуги ФЛ при кімнатній температурі для різних зразків знаходилось в межах 2,1-2,4еВ. Оцінка середніх розмірів НК проводилась на основі спрощеної моделі, вважаючи, що розподіл НК за розмірами описується функцією Гауса, положення максимуму смуги поглинання визначає середній радіус НК, а її напівширина характеризує диспер 5 54854 сію розмірів НК, яка в запропонованому способі становила також 10%. Таким чином запропонований спосіб дає можливість синтезувати при кімнатних температурах достатньо якісні НК CdTe заданих розмірів з дисперсією за розмірами не більше ніж 10%. Джерела інформації: 1. А.П. Шпак, Ю.А. Куницький, О.О. Коротчен Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 ков, С.Ю. Смик - Квантові низькорозмірні системи, Київ "Академперіодика", 2003. 2. Kui Yu, John Ripmeeeter, Method of synthesing colloidal nanocrystals, United States Patent US 7,267,810 B2 (2007). 3. Xiaogang Peng, Zuoyan Peng, Lianhua Qu, Synthesis of colloidal nanocrystals, United States Patent US 6,872,249 B2 (2005). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601