3 Arten von Quantenpunkten

Quantenpunkte vom Kern-Typ

Kernförmige Quantenpunkte sind die einfachste Form. Sie bestehen aus einem einzigen Halbleitermaterial. Ihre Größe liegt normalerweise zwischen zwei und zehn Nanometern. Die Lichtemission hängt von der Größe der Partikel ab. Kleinere Punkte emittieren eher Licht im blauen Bereich, während größere Punkte rote Farben zeigen. Diese Punkte lassen sich im Labor leicht herstellen. Ihre Struktur macht sie zu guten Haltern für Elektronen. Sie werden häufig in einfachen Beleuchtungs- und Abbildungsgeräten verwendet. In vielen Forschungsprojekten werden Kernpunkte verwendet, da sie ein stabiles und vorhersehbares Verhalten aufweisen.

In den meisten Fällen werden für Quantenpunkte vom Kerntyp Materialien wie Cadmiumselenid verwendet. Dieser Typ zeichnet sich durch ein sauberes Lichtspektrum aus. Sie zeigen auch gute Leistungen bei der Verwendung in Prototypen von Anzeigegeräten. Reale Experimente haben gezeigt, dass diese Punkte so eingestellt werden können, dass sie eine Reihe von Farben emittieren, indem einfach ihre Größe während der Produktion verändert wird. Das Ergebnis ist ein Material mit einem hohen Maß an Kontrolle über die Lichtabgabe. Viele elektronische Geräte sind auf diese Eigenschaften angewiesen.

Kern-Schale-Quantenpunkte

Kern-Schale-Quantenpunkte haben mindestens eine zusätzliche Schicht, die den Kern bedeckt. Diese zusätzliche Schicht besteht häufig aus einem anderen Halbleiter. Die Schalenschicht verbessert die Lichtausbeute und die Gesamtstabilität. Sie macht es weniger wahrscheinlich, dass der Punkt mit der Zeit zerfällt oder verblasst. Der Aufbau ist vergleichbar mit einer Frucht mit einer schützenden Schale.

So könnte beispielsweise ein Cadmiumselenid-Kern mit einer Zinksulfid-Schale überzogen werden. Diese Kombination bietet weniger Defekte und eine hellere Oberfläche. Die Schale schützt den Kern vor Umwelteinflüssen wie Oxidation. In der Praxis werden diese Dots in hochwertigen Bildschirmen, fortschrittlichen LED-Geräten und sogar in bestimmten Beleuchtungsanwendungen eingesetzt, bei denen eine reine Farbausgabe entscheidend ist. Ihre komplexere Struktur erhöht sowohl die Haltbarkeit als auch die Leistung. Anwender berichten von einer längeren Lebensdauer von Bildschirmen, die Core-Shell-Quantenpunkte verwenden.

Legierte Quantenpunkte

Bei legierten Quantenpunkten wird mehr als ein Halbleitermaterial im Kern gemischt. Ihre gemischte Zusammensetzung ermöglicht es den Ingenieuren, sowohl die Farbe als auch die physikalischen Eigenschaften fein abzustimmen. Durch Anpassung des Legierungsverhältnisses kann man eine Reihe von Emissionsfarben erzielen. Dieser Typ bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Design. Legierte Dots zeigen ein gleichmäßigeres Verhalten bei Temperaturschwankungen. Durch den Mischprozess werden die Eigenschaften der Ausgangsmaterialien in der Regel ausgeglichen, was zu stabilen Emissionseigenschaften führt.

Eine gängige Legierung kann eine Mischung aus Cadmium, Zink und Selen sein. Forscher verwenden diese Mischung, um Punkte mit einer geringeren Menge an toxischen Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Punkten auf Cadmiumbasis herzustellen. Legierte Quantenpunkte werden in Solarzellen und in der biomedizinischen Bildgebung eingesetzt, wo eine präzise Lichtsteuerung erforderlich ist. Sie passen gut in Systeme, die eine hohe Abstimmungsgenauigkeit erfordern. Die technische Mischung ist perfekt für Anwendungen, die sowohl leuchtende Farben als auch sichere Materialien benötigen.

Tabelle mit Vergleichsdaten

Die nachstehende Tabelle zeigt einige wichtige Unterschiede zwischen den drei Arten von Quantenpunkten.

Anwendungen von Quantum Dots

Quantenpunkte finden in vielen alltäglichen und hochtechnologischen Geräten Verwendung. Man findet sie in hochauflösenden Fernsehern und Computermonitoren. Die Geräte verwenden sie, um satte und lebendige Farben zu erzeugen. Ein Fernseher, der die Quantenpunkttechnologie verwendet, bietet beispielsweise eine bessere Farbgenauigkeit und Energieeffizienz als ältere LCD-Bildschirme. Dies hat viele Elektronikunternehmen dazu veranlasst, sie in ihre neuen Produkte aufzunehmen.

1. in der Beleuchtung helfen Quantenpunkte bei der Herstellung energiesparender LED-Leuchten. Ihre Fähigkeit, ein starkes und stabiles Licht abzugeben, macht sie zu einer beliebten Wahl. Viele LED-Produkte weisen dank dieser Punkte eine längere Lebensdauer auf.

2) In der Biomedizin helfen Quantenpunkte bei der Darstellung und Verfolgung von Molekülen. Sie können Zellen mit hellem, leicht nachweisbarem Licht markieren. In medizinischen Forschungsstudien wurden sie zur Verfolgung von Krankheitsverläufen eingesetzt. Dies führt zu verbesserten Methoden bei der Diagnose und Behandlungsplanung.

(3) Auch Solarzellen profitieren von Quantenpunkten. Neue Solarzellenkonzepte enthalten Schichten von Quantenpunkten, um die Sonnenenergie effizienter zu absorbieren. Einige Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von Quantenpunkten den Wirkungsgrad um bis zu 20 % gegenüber herkömmlichen Paneelen erhöhen kann. Solche Verbesserungen sind wichtig für den Bau von Solarparks oder tragbaren Solarladegeräten.

(4) Weitere nützliche Beispiele sind Quantenpunkte in Sensoren und in neuartigen Lasern. Ihre geringe Größe und ihre abstimmbaren Lichteigenschaften eignen sich perfekt für fein gesteuerte Sensoraufgaben. In Lasern sorgen sie für helle, stabile Lichtstrahlen, die für eine breite Palette von Anwendungen in Industrie und Forschung eingestellt werden können.

Fazit

Wir haben einen Blick auf drei Arten von Quantenpunkten und ihre einzigartigen Eigenschaften geworfen. Kern-Quantenpunkte sind rein und einfach. Kern-Schale-Quantenpunkte fügen eine Schutzschicht hinzu, die die Leistung erhöht. Legierte Quantenpunkte mischen Elemente, um eine abstimmbare und sichere Lichtleistung zu bieten. Ihre Einsatzmöglichkeiten reichen von Displays über Solarzellen bis hin zur medizinischen Bildgebung. Die Zukunft der Quantenpunkte ist vielversprechend und voller praktischer Vorteile. Weitere Informationen erhalten Sie bei Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

F: Woraus bestehen Quantenpunkte?
F: Quantenpunkte werden in der Regel aus Halbleitermaterialien wie Cadmiumselenid, Zinksulfid oder deren Kombinationen hergestellt.

F: Können Quantenpunkte in Solarzellen verwendet werden?
F: Ja, sie werden in Solarzellen verwendet, um Sonnenlicht einzufangen und die Effizienz der Energieumwandlung zu verbessern.

F: Halten Kern-Schale-Quantenpunkte länger als Kern-Punkte?
F: Ja, die Schale schützt den Kern vor Umwelteinflüssen und verbessert ihre allgemeine Haltbarkeit.