Версия для слабовидящих
Уголь как дешёвый источник графеновых квантовых точек Печать Email
Новости науки
06.01.2014
Джеймс Тур (James Tour) из Университета Райса (США) вместе с коллегами подверг необычной обработке банальный каменный уголь, антрацит и кокс и теперь утверждает, что конечный результат вполне может найти широкое применение... в медицине. Широкое и очень нужное.

А: в левой банке каменный уголь с серной и азотной кислотами, в которых его подогревают 24 часа; справа — графит в тех же условиях. B: итоги обработки графита. С: они же под бóльшим увеличением. D: графеновая квантовая точка, полученная из каменного угля. (Здесь и ниже фото J. Tour et al.)


Обработка состояла в «замачивании» разновидностей угля в кислоте и воздействии на них звуковыми волнами, обеспечивавшими равномерное перемешивание этого «коктейля». После чего итоговый продукт в течение суток нагревали до 100 °C и получали графен в виде наночастиц с высокоупорядоченной структурой размерами от 2 до 40 нм. В зависимости от исходного вида угля размер частиц был разным, и при их облучении светом они демонстрировали разные типы флюоресценции. Да-да, флюоресценции, и именно поэтому г-н Тур считает их весьма перспективным материалом для целого ряда областей.

Взгляните на квантовые точки. В них электроны (или дырки) так ограничены малым размером наночастицы, что начинают действовать квантовые эффекты. В очень малых частицах расстояние между энергетическими уровнями становится чрезвычайно большим. При переходе электрона на один энергетический уровень ниже испускается фотон, что и лежит в основе оптических свойств квантовых точек, включая флюоресценцию. Всё это применимо к полученным из угля новым наночастицам, и, варьируя их размер, мы можем регулировать даже энергию испускаемого фотона — менять цвет испускаемого квантовой точкой света.

У квантовых точек множество широких областей использования, начиная с экранов смартфонов (LG) и новой микроэлектроники и заканчивая дисплеями, светодиодами и даже квантовыми компьютерами (где-то же надо удерживать кубиты!). Как вы догадываетесь, во всей этой истории есть одно «но»: пока квантовые точки и недёшевы, и токсичны. Все эти селениды кадмия и проч. весьма дороги, их получение энергоёмко, а продукты на их основе требуют специальной утилизации.

Согласно тестам группы г-на Тура, новые наночастицы нетоксичны (благо графен) и при этом должны быть значительно дешевле аналогов: исходное сырье стоит копейки, да и процедура обработки относительно проста. Более ранние графеновые наночастицы удавалось получить либо из графита, либо из углеродных нанотрубок. Но в обоих случаях техпроцесс был сложнее, а сырьё — дороже, нежели в нынешней разработке.

Слева — антрацит, справа — кокс. В зависимости от их изначальной структуры итоговые графеновые квантовые точки имеют разные размеры и свойства.


Но дело не только в цене. Нетоксичные квантовые точки можно использовать там, где ранее таким устройствам вообще не было хода, — в человеческом организме. А это очень перспективное биомедицинское направление, поскольку длительно светящиеся наночастицы графена могут куда действеннее существующих флюоресцентов подсвечивать нужные живые клетки и ткани организма (что другие квантовые точки уже показали в лабораторных опытах на животных). Однако в медотрасли применение диагностических средств на основе токсичных металлов неприемлемо, и наночастицы графена в этом смысле могут стать настоящим прорывом.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications, а с его дополнительными материалами можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/materialovedenie/10010753/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта