Tài liệu Tổng hợp vật liệu phát quang từ một số sản phẩm có nguồn gốc thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐHSP HÀ NỘI 2 ====== KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHÁT QUANG TỪ MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ NGUỒN GỐC THỰC VẬT Sinh viên thực hiện : Lê Thị Hằng Ngành học : Hóa Vô Cơ Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐHSP HÀ NỘI 2 ====== KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VẬT LIỆU PHÁT QUANG TỪ MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ NGUỒN GỐC THỰC VẬT Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hằng Ngành học: Hóa Vô Cơ Cán bộ hƣớng dẫn Th.S. Hoàng Quang Bắc Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu này đƣợc tài trợ từ nguồn kinh phí Khoa học công nghệ của trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 cho đề tài mã số: C.2017-18-05 do Th.S. Hoàng Quang Bắc làm chủ nhiệm đề tài. Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2. Trƣớc tiên, em xin gửi tới Ths. Hoàng Quang Bắc – ngƣời trực tiếp định hƣớng và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Em chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Mai Xuân Dũng đã giúp đỡ em trong quá trình em làm thực nghiệm và tiến hành một số phép đo cho các số liệu sử dụng trong đề tài. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ và là chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của ThS. Hoàng Quang Bắc. Các số liệu và kết quả trong khóa luận là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Đề tài không có sự sao chép tài liệu hay công trình nghiên cứu nào của ngƣời khác mà không chỉ rõ trong mục tài liệu tham khảo. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng về sự cam đoan này. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên Lê Thị Hằng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT QDs: Chấm lƣợng tử (quantum dots) CQDs: Chấm lƣợng tử Cacbon (carbon quantum dots) nm: nano met Eg: Độ rộng vùng cấm (energy gap) LED: Diot phát xạ ánh sáng (light-emitting diodes) FT-IR: Phổ hồng ngoại (Fourier transform - infrared spectroscopy) UV-Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến (ultra violet - visible absorption spectroscopy) PL: Phổ kích thích huỳnh quang (photoluminescence spectroscopy) ADN: Deoxyribo nucleic acid QY: hiệu suất lƣợng tử (quantum yield) MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 1 3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 2 5. Điểm mới của đề tài ...................................................................................... 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3 1.1. Chấm lƣợng tử............................................................................................ 3 1.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 3 1.1.2.Cấu trúc, tính chất cơ bản của chấm lƣợng tử ......................................... 3 1.1.3. Những ứng dụng của chấm lƣợng tử ...................................................... 8 1.1.4. Những loại chấm lƣợng tử phổ biến ..................................................... 13 1.1.5. Xu hƣớng nghiên cứu chấm lƣợng tử trong khoá luận ......................... 14 1.2. Chấm lƣợng tử carbon.............................................................................. 15 1.2.1. Mô tả cấu trúc........................................................................................ 15 1.2.2. Tính chất của chấm lƣợng tử carbon..................................................... 16 1.2.3. Một số tiềm năng ứng dụng của chấm lƣợng tử carbon ....................... 17 1.2.4. Phƣơng pháp tổng hợp CQDs ............................................................... 21 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ...................................................................... 24 2.1. Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon .............................................................. 24 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ .............................................................................. 24 2.1.2.Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon từ đậu tƣơng ...................................... 24 2.1.3. Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon từ nƣớc chanh. .................................. 25 2.1.4. Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon từ hỗn hợp đậu tƣơng và nƣớc chanh. ......................................................................................................................... 25 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu chấm lƣợng tử Carbon ............................. 25 2.2.1. Phổ hồng ngoại IR................................................................................. 25 2.2.2. Phổ hấp thụ UV-VIS ............................................................................. 27 2.2.3. Phổ phát xạ huỳnh quang ...................................................................... 29 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 32 3.1. Sự hình thành chấm lƣợng tử carbon ....................................................... 32 3.2. Cấu trúc của chấm lƣợng tử carbon ......................................................... 34 3.3. Tính chất quang của chấm lƣợng tử carbon. ............................................ 36 3.3.1. Tính chất hấp thụ ánh sáng ................................................................... 36 3.3.2. Tính chất phát xạ huỳnh quang ............................................................. 38 3.3.3. Hiệu suất phát xạ lƣợng tử .................................................................... 39 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN............................................................................... 42 PHẦN 3. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 43 DANH MỤC HÌNH, BẢNG Hình 1. Cấu trúc vật lý của chấm lƣợng tử. ...................................................... 4 Hình 2. Màu sắc phát xạ của cùng một dung dịch QDs với kích thƣớc khác nhau dƣới đèn UV ............................................................................................. 6 Hình 3. Màn hình Q-LED TV sử dụng chấm lƣợng tử làm chất ...................... 9 phát quang ......................................................................................................... 9 Hình 4. Cấu trúc chấm lƣợng tử carbon .......................................................... 15 Hình 5 : Công nghệ chấm lƣợng tử trong đèn LED ........................................ 18 Hình 6. Chuột đƣợc tiêm CLT phát sáng dƣới ánh đèn tia cực tím. ............... 19 Hình 7. Một sơ đồ minh họa phát hiện nucleic acid huỳnh quang dựa trên CQDs ............................................................................................................... 21 Hình 8: Sơ đồ tổng hợp chấm lƣợng tử carbon từ chanh và đậu tƣơng. ......... 24 Hình 9. Sơ đồ khối cấu trúc máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ..... 26 Hình 10. Sơ đồ máy đo phổ UV-Vis ............................................................... 27 Hình 11. Sơ đồ nguyên lý của phép đo phổ huỳnh quang .............................. 30 Hình 12. Sơ đồ thể hiên sự hình thành C-QDs từ axit thios - alicylic và EDA tổng hợp bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. ......................................................... 32 Hình 13: Dung dịch chấm lƣợng tử của đậu tƣơng, chanh, và hôn hợp đỗ tƣơng với chanh qua thời gian......................................................................... 34 Hình 14: Sự phát xạ ánh sáng của chấm lƣợng tử carbon khi chiếu............... 34 tia UV .............................................................................................................. 34 Hình 15: Phổ hồng ngoại IR của 3 mẫu chanh, đậu tƣơng, hỗn hợp chanh và đậu tƣơng tại thời gian tối ƣu .......................................................................... 35 Bảng 1. Tần số dao động của các nhóm chức đặc trƣng trong phổ IR .......... 36 Hình 16. Phổ hấp thụ UV-Vis của CQDs từ 3 mẫu theo thời gian ................. 37 Hình 17. Phổ phát xạ của dung dịch chấm lƣợng tử từ 3 mẫu ở thời gian tối ƣu ..................................................................................................................... 38 Hình 18. Biểu đồ phổ phát xạ các mẫu ttối ƣu tại bƣớc sóng 325nm ............. 39 (0.3, 3-3) .......................................................................................................... 39 Bảng 2. Hiệu suất phát xạ lƣợng tử của các dung dịch CQDs ........................ 41 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chấm lƣợng tử đƣợc phát hiện đầu tiên năm 1981 bởi nhà vật lý ngƣời Nga Alexay I. Ekimov. Các chấm lƣợng tử là các hạt rất nhỏ, có kích thƣớc cỡ nanomet. Nhiều loại chấm lƣợng tử sẽ phát ra ánh sáng với các tần số khác nhau nếu chúng đƣợc kích thích bởi điện hoặc ánh sáng. Chúng mang đặc tính trung gian giữa các chất bán dẫn lớn và những phân tử rời rạc. Các tính chất quang điện của chúng thay đổi theo kích cỡ và hình dạng. Chấm lƣợng tử đã và đang trở thành chủ đề chính trong công nghệ nano bởi đặc tính phát xạ huỳnh quang mạnh và có thể điều chỉnh đƣợc, là ứng dụng tiềm năng trong hầu hết các lĩnh vực: sinh học, thiết bị quang học: đèn LED, Pin mặt trời, xúc tác và cảm quan…[8] Bên cạnh các vật liệu nano carbon đã đƣợc nghiên cứu khá đầy đủ nhƣ: carbon nanotube, graphene, và fullerences… thì chấm lƣợng tử carbon (CQDs) là vật liệu mới đƣợc nghiên cứu gần đây. Là một loại vật liệu mới, có nhiều tính chất quang và điện đáng chú ý nhƣ: độ ổn định cao, tính dẫn điện tốt và đặc biệt là độc tính thấp, thân thiện với môi trƣờng [8]. CQDs dễ dàng đƣợc sản xuất từ hầu hết các nguồn carbon nhƣ rau củ quả, nƣớc ngọt, hóa chất, thậm chí là từ chất thải thực phẩm dùng trong công nghiệp. Do mang tính tự nhiên, đƣợc tổng hợp đơn giản từ nguồn carbon phong phú và rẻ tiền nên CQDs đang trở thành mục tiêu hàng đầu, mũi nhọn của ngành vật liệu nano. Từ những phân tích trên, trong đề tài này, tôi lựa chọn đề tài “Tổng hợp vật liệu phát quang từ một số sản phẩm có nguồn gốc thực vật”, cụ thể là từ đậu tƣơng và nƣớc chanh. 2. Mục đích nghiên cứu 1 - Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon (CQDs) bằng phƣơng pháp lò vi sóng. - Nghiên cứu tính chất quang của CQDs bằng phổ hấp thụ UV-VIS và phổ phát xạ huỳnh quang PL. 3. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tài liệu: phƣơng pháp tổng hợp CQDs. - Tổng hợp CQDs bằng phƣơng pháp lò vi sóng. - Đặc trƣng cấu trúc của chấm lƣợng tử thu đƣợc bằng các phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR. - Nghiên cứu tính chất quang của chấm lƣợng tử thu đƣợc sử dụng quang phổ hấp thụ UV-VIS và quang phổ phát xạ PL. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Thực nghiệm kết hợp với lý thuyết mô phỏng. Trƣớc tiên, chúng tôi tổng hợp CQDs, đo tính chất quang và đƣa ra mô hình lý thuyết giải thích tính chất quang của chấm lƣợng tử thu đƣợc. 5. Điểm mới của đề tài Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon từ thực phẩm dễ kiếm và rẻ tiền 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Chấm lƣợng tử 1.1.1. Khái niệm Năm 1981, giáo sƣ vật lý Mark A. Reed (Đại học Yale) mới đặt tên cho những hạt bán dẫn bé xíu, có kích thƣớc cỡ nanomet là chấm lƣợng tử (Quantum Dots). Chúng nhỏ đến mức có đặc tính quang học và điện tử khác xa so với các hạt lớn hơn. Chấm lƣợng tử có thể tạo ra từ vật liệu bán dẫn, kim loại hoặc polymer[]. Trong một QDs có thể chứa từ hàng trăm đến hàng ngàn nguyên tử tùy thuộc vào kích thƣớc của nó. Đƣờng kính QDs của một bán dẫn tƣơng đƣơng với đặc trƣng bán kính Bohr (là khoảng cách tƣơng tác giữa electron và lỗ trống bên trong mạng lƣới tinh thể của bán dẫn) của bán dẫn đó. Bán kính Bohr (aB) phụ thuộc vào khối lƣợng tƣơng đối của electron (me*), lỗ trống (mh*) và hằng số điện môi  theo phƣơng trình dƣới đây: Trong đó: ao=0.529Ao là bán kính obitan 1S của hydro. Ví dụ, bán kính Bohr của một số bán dẫn quan trọng nhƣ: ZnO (2,2 nm), CdS (3,1 nm), CdSe (6,1 nm), CdTe (6,5 nm), PbS (18 nm), PbSe (46 nm), InP (15 nm), InAs (34 nm), Si (4,3 nm), Ge (24,3 nm) [1]. 1.1.2.Cấu trúc, tính chất cơ bản của chấm lượng tử 3 Đặc tính điện tử của một chấm lƣợng tử có liên quan mật thiết với kích thƣớc và hình dạng của nó. Chấm lƣợng tử chỉ nhỏ khoảng 1/10.000 chiều rộng của một sợi tóc của con ngƣời và đƣợc mô tả gần nhƣ hình vẽ dƣới đây: Hình 1. Cấu trúc vật lý của chấm lƣợng tử. QDs thƣờng có cấu trúc dạng lõi – vỏ. Lớp vật liệu dùng làm vỏ đƣợc lựa chọn thƣờng phải có cấu trúc tinh thể tƣơng tự với vật liệu lõi, nhƣng phải có năng lƣợng vùng cấm lớn hơn năng lƣợng vùng cấm của phần lõi. Hạt tải trong lõi sẽ chịu sự giam giữ lƣợng tử của lớp vỏ. Ngoài ra, lớp vỏ bọc còn có tác dụng làm thụ động hoá các liên kết hở tại bề mặt của lõi và tạo thành một hàng rào thế năng giam giữ các hạt tải điện của lõi. Ví dụ ngƣời ta đã chọn ZnS làm vỏ bọc cho chấm lƣợng tử CuInS2 [12]. QDs có kích thƣớc và số lƣợng nguyên tử rất khác với vật liệu khối, dải năng lƣợng của vật liệu khối gần nhƣ liên tục vì số nguyên tử cấu thành nó rất lớn. Tuy nhiên, nếu ta thu hẹp kích thƣớc của hạt vật liệu khối đến kích thƣớc nm và số lƣợng nguyên tử trong khoảng từ 100 đến 10.000 nguyên tử thì dải năng lƣợng đặc trƣng cho tính khối bị biến mất. Thay vào đó là sự hình thành những mức năng lƣợng riêng biệt khi vật chất tiến về thứ nguyên nm. Chúng ta có thể gọi đây là sự lƣợng tử hoá năng lƣợng trong một không gian cực 4 nhỏ. Quang phổ của nó sẽ cho đƣờng phổ quang hẹp và riêng biệt. Đây là lý do tại sao QDs đƣợc gọi là nguyên tử nhân tạo. Điểm quan trọng của QDs với kích thƣớc hạt dƣới 30 nm là sự khác biệt lớn về khả năng hấp thụ quang, năng lƣợng excition và sự tái hợp cặp electron – lỗ trống. Bởi tính chất của QDs phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ kích thƣớc, hình dáng, độ tinh khiết và sự hình thành tinh thể, nên cần phải có sự quản lý đầy đủ và thích hợp trong suốt quá trình tạo nên QDs. Sự phụ thuộc vào kích thƣớc bắt nguồn từ hai yếu tố: một là sự thay đổi tỷ lệ nguyên tử bề mặt so với tổng nguyên tử của chấm lƣợng tử, hai là hiệu ứng giam giữ lƣợng tử. Ngoài ra, QDs của cùng một vật liệu có thể phát xạ nhiều màu sắc khác nhau khi chúng ta thay đổi kích thƣớc của chúng [1]. Tính chất quang học của chấm lƣợng tử Các đặc tính quang học của QDs xuất hiện do hiệu ứng giam giữ lƣợng tử. Khi một photon có đủ năng lƣợng của một QDs tức có năng lƣợng lớn hơn hoặc bằng khoảng cách vùng cấm (Eg), nó có thể kích thích một electron từ dải hóa trị tới dải dẫn và để lại một lỗ trống ở vị trí của nó. Hệ cặp eletron - lỗ (còn gọi là exciton) là hiện tƣợng khá phổ biến trong vật liệu bán dẫn. Tuy nhiên, trong một QDs, kích thƣớc trung bình của exciton nhỏ hơn kích thƣớc của QDs, tạo ra hiệu ứng giam hãm lƣợng tử. Dựa vào mô hình bài toán “hạt trong giếng thế” có thể dự đoán lý thuyết rằng Eg tỷ lệ với 1/R2, với R là kích thƣớc của QDs. QDs ở kích thƣớc xác định sẽ phát ra ánh sáng có màu sắc riêng biệt khi đƣợc chiếu tia cực tím (UV). Màu sắc ánh sáng thay đổi tƣơng ứng với kích thƣớc của QDs. Đây là lý do mà các QDs từ cùng một vật liệu nhƣng kích thƣớc khác nhau có thể phát ra ánh sáng với màu sắc khác nhau [3]. Các QDs kích cỡ lớn sẽ phát ra ánh sáng màu đỏ ( tức có năng lƣợng thấp) còn QDs nhỏ phát ra ánh sáng xanh (có năng lƣợng cao hơn) do bƣớc sóng phụ thuộc vào năng lƣợng theo phƣơng trình: 5 Bằng cách thay đổi tuần tự kích thƣớc QDs, có thể tạo ra mọi sắc độ trong quang phổ ánh sáng với độ thuần khiết mà hiếm loại vật liệu nào đạt đƣợc. Sau đây là sự thay đổi màu sắc của QDs ở các kích thƣớc tăng dần từ trái qua phải: Hình 2. Màu sắc phát xạ của cùng một dung dịch QDs với kích thƣớc khác nhau dƣới đèn UV Tính tan của chấm lƣợng tử: Hai chất có thể tan tốt vào nhau nếu chúng có bản chất giống nhau. Ví dụ: các chất phân cực sẽ tan tốt trong dung môi phân cực và ngƣợc lại. Để xác định xem chúng có giống nhau hay không, ngƣời ta dựa và các thông số Hansen (Hansen solubility parameters). Tức là QDs có khả năng dễ tan vào dung môi nào đó (tính tan) đƣợc quyết định bởi các thông số tan Hansen của nó. 6 Sử dụng các tham số hòa tan Hansen để dự đoán liệu một vật liệu sẽ hoà tan trong một chất khác (dung môi) nhƣ thế nào. Cụ thể, mỗi phân tử đƣợc cho ba tham số Hansen và mỗi điểm đều đƣợc đo bằng MPa 0.5 : Năng lƣợng từ lực phân tán giữa các phân tử . Năng lƣợng từ lực liên phân tử lƣỡng cực giữa các phân tử là Năng lƣợng từ các liên kết hidro giữa các phân tử là . . Ba tham số này đƣợc coi nhƣ các tọa độ cho một điểm trong ba chiều (hay còn gọi là không gian Hansen). Nếu hai phân tử nằm càng gần nhau trong không gian ba chiều này thì càng dễ hòa tan vào nhau. Để xác định xem các thông số của hai phân tử (thƣờng là dung môi và polymer) nằm trong phạm vi, ngƣời ta gắn cho chất bị hòa tan giá trị đƣợc gọi là bán kính tƣơng tác (R 0). Để tính toán khoảng cách (Ra) giữa các tham số Hansen trong không gian Hansen, ta dung công thức sau: Các tham số này đƣợc tra tại bảng tham số Hansen. Kết hợp với bán kính tƣơng tác cho phép sự khác biệt năng lƣợng tƣơng đối (RED) của hệ thống: RED = Ra/Ro Nếu RED <1: các phân tử giống nhau và dung dịch sẽ tan hoàn toàn Nếu RED = 1: dung dịch tan một phần trong dung môi Nếu RED> 1: dung dịch sẽ không tan trong dung môi Tóm lại, độ tan của chấm lƣợng tử phụ thuộc vào thành phần của QDs. Ví dụ, nếu chấm lƣợng tử có nhiều nhóm chức nhƣ -COOH thì nó có thể tan 7 vào các dung môi có các thông số Hansen (khả năng hình thành liên kết hidro và tính chất phân cực) cao [7]. 1.1.3. Những ứng dụng của chấm lượng tử Việc nghiên cứu và chế tạo chấm lƣợng tử đang là một lĩnh vực rất hot mà các nhà khoa học trong nƣớc và ngoài nƣớc quan tâm nhằm đƣa ra những ứng dụng hữu ích nâng cao giá trị cuộc sống của chúng ta. Trong đèn LED Có một số phƣơng pháp đƣợc đề xuất cho việc sử dụng QDs để cải thiện diode phát sáng (LED) thiết kế, bao gồm cả "Quantum Dot Light Emitting Diode" (QĐ-LED) và "Quantum Dot White Light Emitting Diode" (QĐ-WLED) hiển thị. Vì các QDs tự nhiên sản xuất ánh sáng đơn sắc, chúng có thể có hiệu quả hơn các nguồn ánh sáng mà phải đƣợc lọc màu. QĐ-LED có thể đƣợc chế tạo trên một chất nền silicon, cho phép chúng đƣợc tích hợp vào silicon dựa trên tiêu chuẩn mạch tích hợp hoặc các hệ thống vi cơ điện tử. Các QDs có giá trị cho màn hình, vì chúng phát ra ánh sáng trong rất cụ thể phân phối Gaussian tạo ra một màn hình hiển thị với màu sắc rõ ràng chính xác hơn. Một màu thông thƣờng màn hình tinh thể lỏng (LCD) thƣờng đƣợc backlit bằng đèn huỳnh quang (CCFL) hoặc đèn LED trắng thông thƣờng có màu lọc để sản xuất pixel đỏ, xanh lá cây hay màu xanh. Một cải tiến đƣợc sử dụng một màu xanh-Emitting LED làm nguồn ánh sáng và chuyển đổi một phần của ánh sáng phát ra ánh sáng tinh khiết màu xanh lá cây và màu đỏ của các QDs thích hợp đƣợc đặt ở phía trƣớc của đèn LED màu xanh. Đây là loại ánh sáng trắng nhƣ đèn nền của một màn hình LCD, cho phép các gam màu tốt nhất với chi phí thấp hơn so với sự kết hợp RGB LED sử dụng ba đèn LED [8]. 8 Với công nghệ màn hình QDs, ánh sáng chiếu qua màng mỏng tinh thể nano có thể tạo ra màu sắc bất kỳ tùy thích. Do có kích thƣớc và khoảng cách giữa các hạt nhỏ nên hiệu quả truyền dẫn cao. Nhờ đó thiết bị hoạt động nhanh hơn, bền hơn và tốn ít năng lƣợng (đây là yếu tố vô cùng quan trọng với các thiết bị di động dùng pin). Do kích thƣớc nano mang lại độ phân giải cao, thế hệ màn hình QDs này tái tạo hình ảnh đẹp, chính xác và sống động gấp nhiều lần so với màn hình tinh thể lỏng [8]. Hình 3. Màn hình Q-LED TV sử dụng chấm lƣợng tử làm chất phát quang Bộ tách sóng Các bộ tách sóng quang lƣợng tử có thể đƣợc sản xuất từ các chất bán dẫn đơn tinh thể truyền thống hoặc xử lý theo các giải pháp khác nhau. Giải pháp xử lý bộ tách sóng là lý tƣởng cho sự tích hợp của một số chất nền và để 9 sử dụng trong mạch tích hợp. Những bộ này sử dụng trong tầm nhìn, giám sát, máy quang phổ và kiểm tra công nghiệp [1]. Tế bào quang điện Bởi phổ hấp thụ có thể điều chỉnh đƣợc và hệ số phân hủy cao của QDs khiến chúng có sức hút đối với các công nghệ thu ánh sang nhƣ quang điện. Các QDs có thể làm tăng hiệu quả và giảm bớt chi phí của các tế bào quang điện silicon điển hình ngày nay. Bằng chứng thực nghiệm là từ năm 2004, các QDs của selenua chì có thể tạo ra nhiều hơn một exciton từ một photon có năng lƣợng cao thông qua quá trình nhân đôi hoặc tạo ra nhiều exciton. So với các tế bào quang điện ngày nay chỉ có thể quản lý một exciton trên một photon mang năng lƣợng cao thì nó tỏ ra ƣu việt hơn hẳn. Về mặt lý thuyết, quang điện tử lƣợng tử tƣơng đối rẻ để sản xuất vì chúng đƣợc tạo ra bằng các phản ứng hóa học đơn giản. Các tế bào năng lƣợng mặt trời từ QDs tỏ ra có hiệu quả hơn nhiều so với các pin mặt trời silicon của chúng. Hiệu quả hoạt động cũng đƣợc cải thiện rõ rệt bằng cách sử dụng các QDs. Trong tế bào năng lƣợng mặt trời nối tiếp silicon p-n truyền thống, khi một photon có năng lƣợng nhỏ hơn dải băng silicon chạm vào tế bào đó, nó đƣợc truyền đi và không đóng góp vào công suất đầu ra. Điều này dẫn đến sự cân bằng trong thiết kế: nếu dòng điện cao hơn, các electron có năng lƣợng thấp hơn (tức điện áp thấp hơn) và ngƣợc lại. Các QDs có thể mang lại sự gia tăng đáng kể về hiệu quả bằng cách sử dụng chấm có kích thƣớc khác nhau trên cùng dải. Khi tăng số lƣợng các dải lên vô cùng, hiệu quả giới hạn nhiệt động lực học lên tới 86% [1]. Trong pin mặt trời QDs cũng đƣợc sử dụng trong tế bào năng lƣợng mặt trời lai giữa vô cơ và hữu cơ. Những tế bào mặt trời này hấp dẫn do chế tạo chi phí thấp và hiệu 10 quả tƣơng đối cao. Sự kết hợp với các oxit kim loại chẳng hạn nhƣ vật liệu nano ZnO, TiO2 và Nb2O5 vào quang điện hữu cơ đã đƣợc thƣơng mại hóa bằng cách sử dụng chế biến cuộn hoàn toàn. Và kết quả thu đƣợc thực nghiệm là trong tế bào mặt trời lai nano đạt hiệu suất chuyển đổi 13,2% [1]. Ứng dụng sinh học Các QDs mới nhất có tiềm năng lớn để sử dụng trong các ứng dụng phân tích sinh học. Chúng đƣợc sử dụng trộng rãi để nghiên cứu các quá trình nội bào, nhắm mục tiêu khối u, quan sát in vivo về buôn bán tế bào, chẩn đoán và chụp ảnh tế bào với độ phân giải cao. Các QDs đã tỏ ra là vƣợt trội hơn nhiều so với thuốc thử hữu cơ thông thƣờng do năng suất lƣợng tử cao, khả năng quang phổ và phát xạ có thể điều chỉnh của chúng. Do tính chất này mà chúng trở lên lý tƣởng khi sử dụng trong hình ảnh tế bào siêu nhạy. Các chấm lƣợng tử có thể nhắm mục tiêu các tế bào hoặc protein cụ thể bằng cách sử dụng peptide, kháng thể hay phối tử, và sau đó quan sát thấy protein hoặc hoạt động của tế bào. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các QDs tốt hơn nhiều trong việc cung cấp công cụ den siRNA để nhắm mục tiêu các tế bào so với phƣơng pháp trị liệu hiện sử dụng. Các nghiên cứu gần đây đã mở đƣờng cho ý tƣởng thêm các hạt có hoạt tính nhẹ vào kháng sinh đê chống lại các vấ đề ngày càng tăng của các bệnh nhiễm trùng kháng thuốc. Các loại hóa chất đƣợc tạo ra sau khi ánh sang chiếu vào QDs có thể đƣợc sửa đổi bằng cách thay đổi kích thƣớc. Nhờ cách này, ngƣời ta đã phát triển các kháng sinh có QDs thành một enzyme superoxide. Chúng làm cho vi khuẩn dễ bị tổn thƣơng hơn so với kháng sinh mà trƣớc đây nó đã miễn dịch. Nghiên cứu này vô cùng quan trọng và có tiềm năng trong tƣơi lai, với số lƣợng các bệnh nhiễm trùng kháng thuốc liên tục tăng lên [4]. Trong máy tính 11