3 tipi di punti quantici

Punti quantici di tipo core

I punti quantici di tipo core sono la forma più semplice. Sono costituiti da un materiale semiconduttore uniforme. Le loro dimensioni variano solitamente da due a dieci nanometri. L'emissione di luce dipende dalla dimensione delle particelle. I punti più piccoli tendono a emettere luce nel blu, mentre quelli più grandi mostrano colori rossi. Questi punti sono facili da produrre in laboratorio. La loro struttura li rende buoni supporti per gli elettroni. Vengono spesso utilizzati in semplici dispositivi di illuminazione e di imaging. Molti progetti di ricerca utilizzano i punti di tipo core perché hanno un comportamento stabile e prevedibile.

In genere, i punti quantici di tipo core utilizzano materiali come il seleniuro di cadmio. Questo tipo è noto per avere uno spettro luminoso pulito. Inoltre, si comportano bene quando vengono utilizzati nei prototipi di dispositivi di visualizzazione. Esperimenti reali hanno dimostrato che questi punti possono essere regolati per emettere una gamma di colori semplicemente cambiando le loro dimensioni durante la produzione. Il risultato è un materiale con un elevato grado di controllo dell'emissione luminosa. Molti dispositivi elettronici si basano su queste proprietà.

Punti quantici a guscio centrale

I punti quantici core-shell hanno almeno uno strato aggiuntivo che copre il nucleo. Il guscio aggiunto è spesso costituito da un semiconduttore diverso. Lo strato di guscio migliora l'emissione di luce e la stabilità complessiva. Rende meno probabile la rottura o lo sbiadimento del punto nel tempo. La struttura è simile a quella di un frutto con una buccia protettiva.

Ad esempio, un nucleo di seleniuro di cadmio può essere ricoperto da un guscio di solfuro di zinco. Questa combinazione offre meno difetti e una finitura più brillante. Il guscio protegge il nucleo dagli effetti ambientali, come l'ossidazione. Nell'uso pratico, questi punti sono utilizzati in schermi di alta qualità, dispositivi LED avanzati e persino in alcune applicazioni di illuminazione in cui la resa cromatica pura è fondamentale. La loro struttura più complessa aumenta sia la durata che le prestazioni. Gli utenti hanno riscontrato una maggiore durata dei display che utilizzano i punti quantici core-shell.

Punti quantici legati

I punti quantici legati mescolano più di un materiale semiconduttore nel nucleo. La loro composizione mista consente agli ingegneri di regolare con precisione sia il colore che le proprietà fisiche. Regolando il rapporto di lega, si può ottenere una gamma di colori di emissione. Questa tipologia offre un ulteriore grado di libertà nella progettazione. I punti in lega possono mostrare un comportamento più uniforme al variare della temperatura. Il processo di miscelazione di solito bilancia gli attributi dei materiali di partenza, dando luogo a caratteristiche di emissione stabili.

Una lega comune può includere una miscela di cadmio, zinco e selenio. I ricercatori utilizzano questa miscela per produrre punti con una quantità ridotta di materiali tossici rispetto ai punti tradizionali a base di cadmio. I punti quantici in lega sono utilizzati nei pannelli solari e nell'imaging biomedico, dove è necessario un controllo preciso della luce. Si adattano bene ai sistemi che richiedono un'elevata precisione di regolazione. La miscela ingegnerizzata è perfetta per le applicazioni che richiedono colori brillanti e materiali sicuri.

Tabella dei dati di confronto

Di seguito è riportata una tabella che mostra alcune differenze chiave tra i tre tipi di punti quantici.

Applicazioni dei punti quantici

I punti quantici hanno molti impieghi in strumenti di uso quotidiano e high-tech. Sono presenti nei televisori ad alta definizione e nei monitor dei computer. I dispositivi li utilizzano per produrre colori ricchi e vibranti. Ad esempio, un televisore che utilizza la tecnologia dei punti quantici offre una migliore precisione dei colori e una maggiore efficienza energetica rispetto ai vecchi schermi LCD. Questo ha portato molte aziende di elettronica a includerli nei loro nuovi prodotti.

1. Nell'illuminazione, i punti quantici aiutano a produrre luci LED a risparmio energetico. La loro capacità di emettere una luce forte e stabile li rende una scelta popolare. Molti prodotti LED ora vantano una durata di vita più lunga grazie a questi punti.

2. In campo biomedico, i punti quantici contribuiscono all'imaging e al tracciamento delle molecole. Possono etichettare le cellule con una luce brillante e facilmente rilevabile. Gli studi di ricerca medica li hanno utilizzati per tracciare i percorsi delle malattie. Ciò consente di migliorare i metodi di diagnosi e di pianificazione dei trattamenti.

3. Anche i pannelli solari beneficiano dei punti quantici. I nuovi progetti di celle solari includono strati di punti quantici che aiutano ad assorbire l'energia solare in modo più efficiente. Alcuni studi hanno dimostrato che l'uso dei punti quantici può aumentare l'efficienza fino al 20% rispetto ai pannelli tradizionali. Questi miglioramenti sono importanti quando si costruiscono fattorie solari o caricatori solari portatili.

4. Altri esempi utili sono i punti quantici nei sensori e in nuovi tipi di laser. Le loro dimensioni ridotte e le loro proprietà di luce sintonizzabile sono perfette per compiti di rilevamento finemente controllati. Nei laser, forniscono fasci luminosi e stabili che possono essere regolati per un'ampia gamma di usi sia nell'industria che nella ricerca.

Conclusione

Abbiamo presentato tre tipi di punti quantici e le loro caratteristiche uniche. I punti quantici di tipo core sono puri e semplici. I punti quantici core-shell aggiungono uno strato protettivo che migliora le prestazioni. I punti quantici di tipo Alloyed mescolano gli elementi per offrire un'emissione luminosa sintonizzabile e sicura. I loro usi spaziano dai display alle celle solari e all'imaging medico. Il futuro dei punti quantici è luminoso e ricco di vantaggi pratici. Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Domande frequenti

F: Di cosa sono fatti i punti quantici?
D: I punti quantici sono in genere costituiti da materiali semiconduttori come il seleniuro di cadmio, il solfuro di zinco o le loro combinazioni.

F: I punti quantici possono essere utilizzati nelle celle solari?
D: Sì, vengono utilizzati nei pannelli solari per catturare la luce solare e migliorare l'efficienza di conversione dell'energia.

F: I punti quantici a guscio durano più a lungo di quelli a guscio?
D: Sì, il guscio protegge il nucleo dagli effetti ambientali e ne migliora la durata complessiva.