مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون




 

نانوکریستال های CdSe

سنتز نانوکریستال های CdSe با واکنش دی متیل کادمیوم با تری اکتیل فسفات سلنیوم در یک حلال (TOPOTOP) با دمای 250 تا ℃ 300 انجام می شود. با استفاده از این روش امکان تولید نانوکریستال های کلوئیدی با اندازه ی بین 1.7 تا 15 نانومتر ممکن است. این نانوکریستال ها قابلیت انحلال در گستره ی وسیعی از حلال ها مانند تولوئن، هگزان، کلروفوم و... را دارا می باشد. حلالیت ذرات بوسیله ی ایجاد پوسته های مولکولی از جنس TOPO بر روی سطح Cd ایجاد می شود. الگوهای تفرق اشعه ی X مربوط به فاز هگزاگونال CdSe (فاز ورتزایت) در شکل 1 نشان داده شده است. به دلیل داشتن دمای آنیلینگ بالا، تمام نانوکریستال ها دارای درجه ی بالایی از کریستالینیتی هستند و هسته های آنها تقریبا بدون عیب می باشند. این روش سنتز با روش رسوب دهی با اندازه ی انتخابی همراه است. این فرایند اجازه می دهد تا نانوذرات با اندازه ی مشابه ایزوله شده و از این رو توزیع اندازه ی ذرات باریک باشد (بین 4 تا 6 %). خواص شیمیایی، نوری و انتقال بار نانوکریستال های CdSe پوشش داده شده با TOPO-TOP به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است.
مطالعات نشان می دهد که خواص کلوئیدهای تولید شده با نانوکریستال های CdSe درست بعد از آماده سازی ( مخصوصا توزیع اندازه ی ذرات و بازده لومینسانس آنها), به ناخالصی هایی مانند آلکیل فوسفونیک و آلکیل فوسفونیک اسیدها) وابسته است. برخی از انواع TOPOی مورد استفاده دارای شرایط رشد بهتری نسبت به TOPO ی خالص هستند. این یافته ها، باعث می شود تا فرایند رشد نانوکریستال ها به طور قابل ملاحظه ای بهبود یابند. بنابراین، استفاده از مواد پایدارکننده ای مانند هگزا دسیل آمین (HDA) به ما اجازه می دهد تا قابلیت تولید مجدد را از لحاظ کینتیک های رشد، توزیع اندازه ی ذرات و بازده لومینسانس نانوکریستالهای CdSe بهبود دهد. با استفاده از این رویه، توزیع اندازه ی ذره هایی در گستره ی 5- 7 % ، بدون استفاده از روش های ثانویه، ایجاد شده است. علاوه براین، بررسی های ما نشان می دهد که کنترل مناسب بر روی توزیع اندازه ی ذرات نانوکریستال های CdSe همچنین می تواند با اضافه کردن عوامل اسیدی ( n آلکیل فوسفونیک یا اسید کربوکسیلیک) به مخلوط HAD-TOPO-TOP انجام شود. شکل 2 تصاویر TEM و HRTEM گرفته شده از نانوکریستال های CdSe رشد داده شده در مخلوطی را نشان می دهد که با استفاده از عوامل اسیدی اشاره شده در بالا پایدار شده است. همانگونه که مشاهده می شود، این نانوکریستال ها بعد از تولید، تک سایز هستند. در شکل 3a، یک گروه از طیف های جذبی و فوتولومینسانس، رشد نانوکریستال های CdSe در مخلوط HAD-TOPO-TOP در دمای ℃ 300 نشان داده شده است. طیف جذبی که دارای 5 انتقال الکترونی است، نشاندهنده ی توزیع اندازه ی ذرات کم عرض برای نانوکریستال های CdSe است. اندازه ی متوسط نانوکریستال های CdSe می تواند از محل قرارگیری اولین انتقال الکترونی در طیف جذبی و با استفاده از منحنی اندازه ی بدست آمده از داده های TEM و HRTEM ، بدست آید ( شکل 3b).
ویژگی های انتشار برای نانوکریستال های CdSe می تواند با استفاده از 4 پارامتر اصلی توصیف شود. این پارامترها عبارتند از روشنایی، رنگ انتشار یافته، خلوص رنگ و پایداری انتشار می باشد. اثر اندازه ی کوانتمی اجازه می دهد تا انتشار نور از نانوکریستال های CdSe از آبی تا قرمز تغییر کنند. بنابراین تقریبا کل طیف نور مرئی بوسیله ی این نانوکریستال ها ایجاد می شود. بازده کوانتمی PL در دمای اتاق برای نانوکریستال های CdSe پوشش داده شده با TOPO-TOP ، 5 تا 15 درصد است. لیگاندهای پوشش دهنده ی اولیه (TOPO-TOP) برای پسیو کردن موفقیت آمیز سطح نانوکریستال های CdSe با اندازه ی ذره ی زیر 2.5 نانومتر ( انتشار دهنده ی رنگ آبی)، مناسب نمی باشند. این در حالی است که سنتز این نانوذرات در دمای ℃ 90 تا 150از پیش ماده های تشکیل شده از مخلوط دو دسیل TOP موجب می شود تا نانوکریستال هایی تولید شود که دارای طیف رنگ آبی روشن (460 تا 480 نانومتر) می باشند. اضافه نمودن HDA به مخلوط TOPO-TOP اجازه می دهد تا افزایش قابل توجه در بازده کوانتمی لومینسانس این ماده ایجاد شود ( در مقایسه با ذرات رشد داده شده در حضور TOPO-TOP). بالاترین بازده کوانتمی PL گزارش شده برای نانوذرات پوشش داده شده با HAD- TOPO- TOP برابر با 85 % بوده است. علاوه بر وجود این خاصیت، ایجاد توزیع اندازه ی کم عرض و طیف نشری متقارن موجب می شود تا این ماده برای استفاده در تابش دهنده ها (emitters) مناسب باشند. استفاده از آمین ها در این مخلوط ها موجب می شود تا دانسیته ی بالاتری از پوشش دهندگی ایجاد شود و از این رو خاصیت پسیوشوندگی افزایش یابد. این افزایش در دانسیته ی پوشش دهندگی موجب می شود تا بازده لومینسانسی کاهش یابد.
شکل نانوکریستال های CdSe که با استفاده از مخلوط HAD- TOPO- TOP تولید شده اند، معمولا به صورت مدور (شبه کروی) می باشد. در این نانوکریستال ها نسبت طول به عرض برابر با 1.3 است. اضافه کردن یک مقدار نسبتا بالا (20 تا 60 %) از هگزافوسفونیک یا تترا دسیل فوسفونیک به مخلوط پایدارکننده ی TOPO- TOP موجب می شود تا تغییرات شدیدی بر روی شکل نانوکریستال ها ایجاد شود. این تغییرات به غلظت فوسفونیک اسید و رژیم حرارت دهی بستگی دارد (شکل 4 و 5). این مواد یکی از مواد جالب توجه می باشد زیرا به صورت خالص به عنوان نقاط کوانتمی صفر بعدی در نظر گرفته نمی شوند. بنابراین، نانومیله های CdSe ( شکل 4) می توانند دارای نسبت طول به عرضی برابر با 30 داشته باشند و خواصی بین خواص مواد صفر بعدی و یک بعدی دارند.
کنترل شکل یک نانوکریستال امکان پذیر است زیرا تفاوت در سرعت رشد در جهات مختلف کریستالی وجود دارد. این فهمیده شده است که غلظت اجزای کادمیومی با وزن مولکولی پایین( مونومرها) در محلول یکی از فاکتورهای کلیدی در تعیین شکل نانوکریستال های ایجاد شده است. اگر رشد نانوکریستال ها از لحاظ کینتیکی بوسیله ی غلظت مونومرها تحت تأثیر قرار گیرد، سرعت رشد در طول محور c بزرگتر از سرعت در جهات دیگر می باشد. این سرعت رشد متفاوت موجب می شود تا ساختار میله ای شکل ایجاد شود. نقش فوسفونیک اسید، تشکیل کمپلکس های با حلالیت نسبتا بالا از کادمیوم می باشد. تشکیل این کمپلکس ها موجب می شود تا غلظت این ماده در محلول بالا رود. علاوه براین، جذب انتخابی فوسنونیک اسید بر روی صفحات خاص موجب می شود تا این رشد، شکل نانوکریستال های CdSe را پیچیده تر کند.
روش های ارگانومتالیک که در بالا معرفی گردید موجب می شود تا نانوکریستالهای CdSe پوشش داده شده با لیگاندهای آلی (اسیدها، آمین ها، TOPO و TOP) ایجاد شوند. مولکول های آلی پسیواسیون مناسبی بر روی سطح نانوکریستال ها ایجاد می کنند و علاوه بر آن، اندازه ی نانوکریستال ها و شکل آنها را در طی مرحله ی رشد، کنترل می کند. به هر حال، ضعیف بودن لیگاندهای آلی موجب می شود تا پایداری آنها کاهش یافته و این مسئله موجب می شود تا خواص نانوکرستال ها کاهش یابد. مولکول های HDA، TOPO و TOP موجود در پوسته های پایدارکننده، ناپایدار هستند و به سادگی می توان آنها را با متانول، شستشو داد.
یک مرحله ی طولانی برای آماده سازی نانوکریستال های با خاصیت لومینسانس بالا، پسیو کردن سطح آنها بااستفاده از یک پوسته ی آلی از یک نیمه رسانای با گاف نواری پهن تر (مانند ZnS یاCdS ) است. عدم تطابق شبکه ای میان هسته ی CdSe و پوسته ی ZnS یا CdS به حدی کوچک است که اجازه ی رشد اپیتاکسی را می دهد. در نانوکریستال های هسته- پوسته ی CdSe/ZnS و CdSe/CdS، نیمه رسانای با گاف نواری بزرگ پوسته ی خارجی را تشکیل می دهد (شکل 6). پوسته ی غیر آلی خارجی بازده لومینسانس بالاتری دارد زیرا پسیواسیون مناسبی بر روی سطح هسته ایجاد شده است و به طور قابل ملاحظه ای پایداری شیمیایی ماده و پایداری نوری آن بهبود یافته است. پایداری شیمیایی بر این دلالت دارد که تغییر اندکی در برخی خواص مانند اندازه ی ذره، بازده لومینسانس و ... ایجاد شده است.
تولید نانوکریستال های هسته- پوسته معمولا در طی دو مرحله انجام می شود. در مرحله ی اول، هسته های CdSe بوسیله ی یکی از روش های بالا تولید می شود و سپس، هسته ها به عنوان عوامل جوانه زا برای رشد اپیتاکسی پوسته های CdS، ZnS یا ZnSe مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که نانوکریستال های CdSe تولید شده در مخلوط های HAD- TOPO- TOP دارای توزیع اندازه ی ذره ی کم عرضی هستند، کسر اندازه ی و ایزولاسیون آنها از محلول خام، برای سنتز ذرات هسته- پوسته، مورد نیاز نمی باشد. در مورد نانوکریستال های CdSe/ZnS، دی اتیل روی و بیس- تری متیل سیلیل سولفید به عنوان پیش ماده ی ZnS مورد استفاده قرار می گیرد:

رشد پوسته در دماهای نسبتا پایین (بین 150 تا ℃ 220) انجام می شود. علت استفاده از دماهای پایین، ایجاد ممانعت برای فرایند استوالد رایپنینگ جوانه زاهای CdSe می باشد. مقدار پیش ماده ی ZnS مورد نیاز برای حصول یک میزان مناسب از ضخامت در پوسته، می تواند از نسبت میان حجم هسته به پوسته تعیین شود( در این محاسبه از پارامترهای شبکه ای بالک استفاده می شود). شکل 7 تصاویر HRTEM از نانوکریستال های CdSe را قبل و بعد از رشد پوسته ی ZnS مورد مقایسه قرار داده است. لبه های شبکه ی در این تصاویر در تمام نانوکریستال ها کشیده شده اند و این نشاندهنده ی این موضوع است که رشد به صورت اپیتاکسی انجام شده است. شکل 7 همچنین تغییر در طیف جذب و انتشار نمونه های دارای پوسته های با ضخامت مختلف را نشان می دهد. بازده لومینسانس نانوکریستال های CdSe/ZnS به طور قابل توجهی نسبت به هسته های CdSe اولیه بیشتر است. ماکزیمم این مقدار معمولا برای پوسته هایی با ضخامت بین1 تا 2 تک لایه ایجاد شده است. برای پوسته های ضخیم تر، کرنش های ایجاد شده که به دلیل عدم انطباق شبکه ای CdSe و ZnS ایجاد شده است، موجب ایجاد نابجایی شبکه ای می شود و از این رو در این ساختارهای دارای نابجایی، خواص نوری کاهش می یابند.
محل قرارگیری طیف انتشار نانوکریستال های CdSe به طور قابل توجهی در طی رشد پوسته ی ZnS شیفت پیدا نکرده است. این مسئله نشان می دهد که حالات تهیج یافته الکترونی و تهی جا به هسته ی CdSe محدود شده است. استفاده از نانوکریستال های CdSe با اندازه های مختلف برای رشد دادن ساختارهای هسته- پوسته موجب می شود تا یک گستره ی وسیع از کلوئیدها با رنگ های مختلف تولید شود.

نانوکریستال های گروه های سه و پنچ اصلی

در حالی که در طی دو دهه ی گذشته، نانوکریستال های نیمه رسانای گروه دو و شش اصلی به طور گسترده مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته اند، اطلاعات کمتری در مورد نیمه رساناهای گروه های سه و پنج اصلی وجود دارد. دلیل این موضوع این است که نیمه رساناهای گروه های سه و پنج اصلی ترکیبات کوالانسی تری هستند و برای سنتز آنها نیاز به دماهای بالاتری است. برای نیمه رساناهای کوالانسی، سنتز نانوکریستال بوسیله ی روش های کلوئیدی به طور قابل توجهی مشکل است. به عبارت دیگر، نانوکریستال های گروه های سه و پنج اصلی می توانند خواص کوانتمی وابسته به اندازه ی بیشتری نسبت به نیمه رساناهای گروه های دو و شش اصلی، داشته باشند. علت این موضوع این است که این مواد دارای پیوندهای کوالانسی تر بوده و دارای ساختار گاف نواری مستقیم هستند. این گاف نواری دارای شعاع تهیج بالک بزرگتر و جرم های مؤثر الکترون و تهی جا در آن ها کوچکتر است. علاقه در زمینه ی تولید نانوکریستال های گروه های سه و پنج اصلی همچنین بوسیله ی قوانین شیمی سبز مورد حمایت قرار می گیرند. در واقع برخی از ترکیبات این گروه ها از لحاظ محیط زیستی بی خطر تر از ترکیبات کادمیوم و سرب گروه های دو و شش اصلی هستند.

نانوکریستال های InP

نانوکریستال های InP از طریق واکنش دی هالوسیلیشن در حضور عوامل پایدارکننده تولید می شوند. استفاده از عوامل پایدارکننده موجب می شود تا از رشد بالک InP جلوگیری شود. این واکنش برای آماده سازی نانوکریستال های InP در محیط TOPO، TOPO- TOP و دو دسیل آمین- TOP، مورد استفاده قرار می گیرد. در تمام موارد، مسیرهای این واکنش دارای سدهای انرژی بالایی هستند و جدایشی میان جوانه زنی و رشد( از طریق تکیک های تزریق گرم) ایجاد نشده است. همچنین در این واکنش، کنترل بر روی توزیع اندازه ی ذرات ضعیف است( نسبت به نانوکریستال های گروه دو و شش اصلی). نانوذرات InP ایجاد شده بعد از مرحله ی جوانه زنی معمولا آمورف هستند و برای بهبود کریستالینیتی آنها نیاز به اعمال فرایند آنیل در دمایی بالاتر از دمای ℃ 250 است.
سنتز نانوکریستال های InP در TOPO- TOP اجازه می دهد تا نانوکریستال هایی با اندازه هایی بین 2.2. تا 6 نانومتر تولید شود. این درحالی است که سنتز در دی دسیل آمین یا تری اوکتیل آمین موجب ایجاد ذراتی با اندازه ی کوچک تر می شود. آنیل طولانی (سه تا پنج روز) در دمایی بین 250 تا ℃ 280 موجب می شود تا میزان کریستالینیتی افزایش یابد( شکل 8). توزیع اندازه ی ذرات وسیع( در حدود 25 تا 30 %) برای نانوکریستال هایInP تولید شده در TOPO- TOP موجب می شود تا خواص وابسته به اندازه ی این مواد افت کنند. به هر حال، توزیع اندازه ی نانوکریستال ها می تواند به طور قابل توجهی بوسیله ی روش رسوب دهی انتخابی این کلوئیدها، بهبود یابد. با استفاده از این روش، می توان نانوکریستال هایی با توزیع اندازه ی ذرات بین 8 تا 10 % بدست آورد (شکل 8).

تفکیک انتخابی اندازه ی نانوذرات

همانگونه که قبلا گفته شد، توزیع اندازه ی ذرات اغلب می تواند از طریق فرایند های متعاقب، بهبود یابد. این فرایندها بر اساس تغییر خواص وابسته به اندازه کار می کنند. متداول ترین تکنیک برای تفکیک ذرات بر اساس اندازه، استفاده از تغییر در حلالیت این مواد با تغییر اندازه ی آنها می باشد. یک روش متداول برای انجام فرایند رسوب دهی انتخابی در یک کلوئید به صورت زیر است: یک نمونه از نانوذراتی با توزیع اندازه ی ذره ی وسیع (که تازه تولید شده است)، در داخل یک حلال پراکنده می شود و یک ماده ی غیر محلول، تحت شرایط هم زدن، به داخل این محلول اضافه می شود. در این حالت محلول شفاف، تیره می شود. بزرگترین ذرات موجود در این نمونه دارای نیروهای جاذبه ی واندروالس بزرگ تر هستند و این مسئله موجب می شود تا این ذرات تمایل بیشتری نسبت به ذرات کوچکتر برای رسوب کردن داشته باشند. کلوخه های ایجاد شده در این حالت که از ذرات درشت تر تشکیل شده اند را می توان به آسانی جدا کرد و دوباره در یک حلال مناسب حل کرد. می توان این فرایند را چندین بار تکرار کرد و بدین صورت بخش دیگری از توزیع اندازه ذرات را جداسازی کرد. شکل 9 چند نمونه را نشان می دهد که این عملیات بر روی آنها انجام شده است.

نیمه رساناها به عنوان بلوک های ساختاری برای ابر ساختارها

تجمع لایه به لایه ی نانوذرات محلول در آب

نانوذرات نیمه رسانای محلول در آب که با تیول های فانگشنال پوشش داده شده اند، می توانند به سهولت برای تولید لایه های نازک با کیفیت بالا و با قابلیت کنترل ضخامت در مقیاس نانومتری، مورد استفاده قرار گیرند. این لایه ها با روش تجمع لایه به لایه ی( LBL) تولید می شوند. تجمع LBL بر اساس تغییر در جذب گونه های باردار مانند جفت های پلی الکترولیتی مثبت و منفی،کار می کنند. این روش می تواند به طور مؤثر برای پوشش دهی سطوح ماکروسکوپیک و سطوح کره ای شکل مورد استفاده قرار گیرد. شکل 10 شماتیکی از فرایند تجمع LBL را نشان می دهد. در هر دو مورد، جذب الکترواستاتیک پی در پی گونه های باردار، منجر به تشکیل ساختارهای کامپوزیتی چند لایه ای می شود.
این روش بسیار متداول است و فیلم های هموژن با کیفیت بالا با استفاده از آن تولید می شود. با استفاده از این روش می توان لایه هایی پی در پی (تا 100 دولایه) تولید کرد. دقت ضخامت لایه های ایجاد شده در حد نانومتر است. لایه های پلیمری می توانند عایق و هم می توانند رسانا باشند. چیدمان متراکم نانوذرات و زنجیره های پلی الکترولیتی در فیلم های کامپوزیتی، نظم لایه های رسوب داده شده را افزایش می دهد. مقادیر برابر از گونه های انتقال یافته در هر سیکل رسوب دهی، می تواند از توالی ایجاد شده در طیف جذب چندلایه ای های تولید شده از نانوکریستال های CdTe و HgTe تشخیص داده شود (شکل 11). دانسیته ی نوری در یک طول موج انتخاب شده، به طور خطی با افزایش تعداد لایه های رسوب کرده، افزایش یابد. استفاده از نانوذرات لومینسانس به ما این امکان را می دهد که لایه های کامپوزیتی با معماری های مخلتف تولید کرد. در این لایه ها انتشار ایجاد شده در لایه با تغییر اندازه قابل کنترل می باشد.

کاربردهای نانوکریستال های نیمه رسانا

به روزترین تحقیقات در این زمینه به دنبال یافتن کاربردهای بالقوه ی نانوکریستال های نیمه رسانا می باشد. در این کاربردها، تغییر خاصیت لومینسانس گاف نواری با اندازه مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه برخی از زمینه های فعال در این زمینه را بیان می کنیم.

نانوکریستال ها در وسایل انتشار نور

در سال های اخیر وسایل انتشار نور (که به طور خلاصه LED نامیده می شوند)، که بر پایه ی پلیمرهای رسانا ساخته شده اند، مورد توجه قرار گرفته اند. این انگیزه در استفاده از این وسایل، به واسطه ی کاربردهای محتمل این وسایل، تحریک می شود. این کاربردهای عبارتند از صفحات نمایش مسطح و وسایل با سطح بزرگ می باشد. نانوکریستال های نیمه رسانای لومینسانس به طور موفقیت آمیز در LED های بر پایه ی لایه های نازک پلیمری مورد استفاده قرار گرفته اند. مزیت استفاده از کامپوزیت های پلیمر- نانوکریستال تولید هر دوی این لایه ها از محلول می باشد. در این کامپوزیت ها خاصیت لومینسانس بواسطه ی وجود نانوکریستال ایجاد می شود. علاوه بر این، امکان تغییر رنگ انتشار یافته با استفاده از کنترل اندازه ی نانوکریستال ها وجود دارد. پلیمرهای مخلوط مانند پلی فنیلن وینیلن (PPV) معمولا در اجزای رسانای بر پایه ی تهی جا، نقش بازی می کند. این نوع از پلیمرها تزریق تهی جا به نانوکریستال راتسهیل می کند. در واقع، با اعمال یک ولتاژ بایاس به ساختار چندلایه ( تشکیل شده از لایه های متوالی ITO/PPV/Al)، الکترولومینسانس نسبتا مناسبی با یک طیف مناسب ایجاد می شود. استفاده از نانوکریستال های هسته- پوسته CdSe/CdS با ضخامت مناسب موجب می شود تا بازده کوانتمی در روشنایی 600 cd/m^2 به بیشتر از 0.22 % برسد. این مقدار برای کاربردهای LED مناسب است.

نانوکریستال ها در سلول های خورشیدی

سلول های فوتوولتایی که بر پایه ی مواد پلیمری و نانوکریستالی ارزان قیمت تولید می شوند، یکی از زمینه های جالب در تولید سلول های خورشیدی می باشد. یکی از جهات این تحقیقات، حساس سازی نیمه رساناهای با پهنای نواری بزرگ (عمدتا نانوکریستال های متخلخل دی اکسید تیتانیوم) با استفاده از رنگ های آلی می باشد. مشکل این روش، محدودیت پایداری نوری مولکول های رنگی و ضریب جذب پایین آنها می باشد. پایداری نوری و گرمایی نانوکریستال ها مشابه با مواد بالک مشابه می باشد. این پایداری از رنگ های آلی مشابه بهتر است. جذب نوری و محل قرارگیری لبه ها ی نواری نانوذرات می تواند به سهولت با استفاده از محدود نمودن کوانتمی این مواد، طراحی گردد. انتقال مؤثر بار از نانوکریستال ها به نوار رسانش نیمه رساناهای با باند پهن و همچنین ضرایب جذب بالا در گستره ی طیف مرئی، موجب می شود تا این مواد، برای استفاده در این کاربردها مناسب باشد.
یکی دیگر از استراتژی های برای استفاده از نانوذرات در وسایل فوتوولتایی استفاده از ترکیبی از نانوکریستال ها و پلیمرهای رساناست. ترکیب نمودن نانوکریستال های رسانای الکتریکی با پلیمرهای رسانای تهی جا در یک کامپوزیت منفرد، می تواند انتقال و جدایش بار مؤثری، ایجاد کند.

نانوکریستال ها برای آمپلی فایرهای ارتباطاتی

یکی از کاربردهای بالقوه برای نانوکریستال های انتشار دهنده ی طیف IR (HgTe,InAs/CdSe)، استفاده از آنها برای محیط های نوری مورد استفاده در سیستم های ارتباطاتی است. این سیستم ها بر پایه ی الیاف سیلیسی ساخته شده اند و دارای پنجره های انتقال نوری در نواحی 1.3 تا 1.55 میکرون از طیف IR هستند. یکی از محدودیت های اصلی برای ایجاد ظرفیت بالا( شبکه های نوری با پهنای بالا)، بسط پهنای باند فیبری با استفاده از جدیدترین وسایل تقویت کننده ی سیگنال می باشد (مخصوصا آمپلی فایرهای فیبری دوپ شده با ایربیوم می باشد). اتم های ایربیوم می توانند نور را تنها با توجه به انرژی های انتقال میان سطوح انرژی ثابت تقویت کند. استفاده از نانوکریستال های نیمه رسانای کلوئیدی به عنوان اتم های مصنوعی می تواند یک روش جایگزین مناسب باشد. برای یک ماده ی معین، عرض طیف، محل قرارگیری و پروفایل نوار لومینسانس می تواند نیازمندی های موجود را با کنترل اندازه و توزیع اندازه ی نانوکریستال ها، برطرف کند. چالش ایجاد شده در اینجا، داشتن نانوذراتی است که در طیف IR انتشار داشته باشند بازده کوانتمی انتشار آنها بالا باشد.

نانوکریستال ها برای برچسب زنی بیولوژیکی

اخیرا، امکان استفاده از نانوذرات نیمه رسانا به عنوان عوامل برچسب زنی فلئورسنت برای تصویربرداری بیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفته است. این کار با اتصال CdSe/CdS و نانوکریستال های هسته- پوسته CdSe/ZnS به مولکول های DNA و پروتئین ها انجام می شود. نانوکریستال های نیمه رسانا از لحاظ نوری پایدار هستند و دارای نوار انتشار متقارنی هستند که به اندازه ی ذرات وابسته اند. بنابراین، پروب های رنگی می توانند به طور همزمان بوسیله ی یک منبع تهیج نواری با پهنای کم، تهیج پیدا کنند و با برخورد اولیه، تشخیص انجام می شود. این مسئله موجب می شود تا نانوکریستال های نیمه رسانا بهتر از کروموفورم های آلی عمل کنند.
کدگذاری نوری چند رنگی برای آرایه های بیولوژیکی همچنین با استفاده از میکروکره های پلیمری نیز قابل انجام است. نانوکریستال های CdSe محلول در آب برای ایجاد کدهای لومینسانس بر روی میکرو کپسول های پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند (شکل 12). بارکدهای رنگی ایجاد شده بر روی کره های کلوئیدی می تواند به سهولت و با استفاده از میکروسکوپی فلئورسنت رمزگشایی شوند. استفاده از 6 رنگ انتشار شده به همراه سطوح شدت، می تواند از لحاط تئوری به ما اجازه دهد تا بیش از 16 میلیون ترکیب بیولوژیکی رمزگشایی شوند.

/ج