nanokristaller

Nanokristaller är kristallina partiklar med dimensioner i nanometerstorleken, oftast mellan cirka 1 och 100 nm. På denna skala upplevs kvantkonfinering som gör att elektroniska och optiska egenskaper skiljer sig från bulkmaterial. Beroende på kemisk sammansättning kan nanokristaller vara semikonduktiva, metalliska eller metalloxider. Semikonduktiva nanokristaller kallas ofta kvantprickar och har ett bandgap som ändras med partikelstorlek, vilket ger storleksspecifik färg vid absorption och emission.

Tillverkning sker huvudsakligen genom bottom-up kolloidala synteser där små molekyler eller föregångare byggs upp till nanokristaller. Vanliga metoder är hot-injection-syntes och solvothermal syntes. Ytan passiveras med ligander som stabiliserar nanokristallerna i lösning och kontrollerar tillväxten och storleksfördelningen. Top-down-metoder används ibland men ger normalt bredare storleksfördelningar och mindre kontroll över atomära strukturer.

Materialkategorier inkluderar semikonduktiva nanokristaller (till exempel CdSe, PbS, InP), metalliska nanokristaller (såsom guld och silver) och metalloxider (som ZnO, TiO2). Varje kategori har olika egenskaper; kvantprickarnas storlek-beroende färg och emission, metalliska nanokristallers plasmonrespons och metalloxiders stabilitet samt katalytiska förmåga.

Användningar sträcker sig från bild- och biomedicinsk avbildning till optoelektronik, solceller och katalys. Viktiga utmaningar är kontroll av storleksfördelning och ytbehandling, långsiktig stabilitet och miljö- och hälsoeffekter, särskilt för cadmiumbaserade kvantprickar. Forskningen inriktas på cadmiumfria alternativ och förbättrade passivationsmetoder.