Современная электроника №3/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2023 Известно , что углерод в своей эле - ментарной форме представляет собой чёрный минерал , который слабо флуо - ресцирует и плохо растворяется в воде . Несмотря на это , новый материал , который не является полупроводни - ком , авторы назвали в своей публи - кации «Carbon quantum dots» (CQDs) ( углеродные квантовые точки ) [43]. Это название укрепилось в англо - язычной научной литературе . Одна - ко в ряде случаев аббревиатура «CQD» означает «colloidal quantum dots» – кол - лоидные квантовые полупроводнико - вые точки . Квантовые точки на основе углеро - да обладают различными свойствами в зависимости от их структуры . В свою очередь , структура CQD определяется технологическими особенностями их изготовления . Процесс производства углеродных квантовых точек проще и дешевле , чем полупроводниковых QD. Функциональные группы , такие как карбоксильные группы на поверхности CQD, обеспечивают биосовместимость и растворимость в воде . Многочислен - ные биологические , полимерные , орга - нические или неорганические мате - риалы используются для пассивации поверхности и химической модифи - кации CQD. Поверхностная пассива - ция переносит различные дефекты на поверхность , тем самым улучшая флуоресцентные свойства CQD. Они обладают стабильной флуоресценци - ей , проводимостью и высоким кванто - вым выходом (QY). Нужно отметить , что физика процесса флуоресценции в углеродных квантовых точках отлича - ется от аналогичного процесса в полу - проводниковых квантовых точках . Некоторые типы углеродных кванто - вых точек по структуре соответствуют наложенным друг на друга листам гра - фена . Эти графеновые квантовые точ - ки , получившие название «Graphene quantum dots» (CQDs), имеют шаг кри - сталлической решетки около 0,24 нм , что соответствует примерно 100 пло - скостным границам решетки графе - на . Поэтому G-CQD обладают исклю - чительной прочностью , сравнимой и даже превышающей прочность алма - зов [43]. Углеродные наноточки CQD могут излучать флуоресценцию в диапазо - не от ближнего ультафиолета (NUF) до ближнего инфракрасного (NIR) диа - пазона . Благодаря уникальной биосов - местимости , растворимости и низкой токсичности CQD представляют огром - ный интерес , прежде всего , для меди - цинских , биологических и фармако - логических приложений в качестве нанометки различных молекулярных и внутриклеточных процессов . Кроме того , CQD используются также в электронной , текстильной и пищевой промышленности . Отметим также , что успешные раз - работки углеродных квантовых точек проводят и российские учёные . В 2021 году объединённый коллектив учёных из ИТМО , ФТИ им . Иоффе и СОГУ опу - бликовал результаты своих разрабо - ток углеродных наноточек , способных поглощать и испускать свет в инфра - красном спектре . Благодаря уникаль - ным спектральным свойствам эти точ - ки можно эффективно использовать для визуализации различных биоло - гических тканей в живых организмах [44]. Более подробную информацию о свойствах углеродных квантовых точек можно найти на сайтах [45, 46]. Технологии современной коллоид - ной химии позволяют управлять в про - цессе производства размерами и вну - тренней структурой квантовых точек с почти атомной точностью , обеспечивая высокоточный контроль над их физи - ческими свойствами . При синтезе коллоидных полупрово - дниковых QD нанокристаллы не осаж - даются в виде твёрдого вещества и не остаются растворёнными . При нагреве до определённой температуры образу - ются сложные структуры , состоящие из нанокристаллов , покрытых монослоем органических молекул , которые выпол - няют роль стабилизатора . Современные методы , используемые для изготовления CQD, позволяют син - тезировать кристаллы с одинаковыми размерами и однородными свойства - ми , что крайне важно при массовом производстве комплектующих для радиоэлектронной промышленности . Существует множество различных методов коллоидного синтеза , в кото - рых в качестве исходного компонента могут быть использованы взвеси мел - ких твёрдых и жидких частиц в газе или жидкости . В настоящее время метод горячей инжекции (hot-injection approach) оста - ётся наиболее распространённым мето - дом синтеза монодисперсных нанокри - сталлов . Он включает в себя получение гомогенных ядер путём быстрого вве - дения металлоорганических реагентов в горячий растворитель . Варьируя температуру , концентра - цию ПАВ и время реакции , можно получать КТ различных размеров . Метод нагревания (heat-up method – HU) представляет собой процесс посто - янного нагревания вещества - предше - ственника (precursors) в присутствии лиганда (ligand). Рис . 6. Спектры излучения коллоидных квантовых точек CdSe в зависимости от размера [41] Нормализованная интенсивность излучения длина волны ( нм )