Onderzoekers van de Universiteit Utrecht hebben tijdens hun onderzoek naar de chemische synthese van nanokristallen onverwacht een belangrijke vondst gedaan. Zij ontdekten hoe het komt dat de nanokristalletjes soms stervormig worden in plaats van sferisch, zoals de bedoeling is. De promovendi kunnen nu sterren maken met een controleerbare grootte tussen de 10 en 125 nm, zo schrijven ze in het vakblad Journal of the American Chemical Society. Bovendien kunnen ze van hun nanosterren mooie geordende lagen vormen, iets wat nog nooit eerder is gelukt. Dit soort lagen kunnen interessante eigenschappen hebben, waardoor ze eventueel als nieuwe elektronische materialen kunnen dienen.
 
Azijnzuur verdringt oliezuur
De twee onderzoekers Arjan Houtepen en Rolf Koole volgden het 'standaard' recept om sferische nanokristallen te maken van het populaire nanomateriaal loodselenide (PbSe). Toen zij stervormige in plaats van sferische kristallen kregen, gingen ze op nader onderzoek uit. De stervorming was namelijk ook al door andere onderzoekers gerapporteerd, maar die konden geen verklaring vinden.

Na zorgvuldig speurwerk blijkt de oorzaak van de stervorming een kleine verontreiniging met azijnzuur te zijn. Dit azijnzuur komt vrij tijdens de bereiding van nanokristallen en moet dan goed worden verwijderd. Als dat niet gebeurt, dan gaan de azijnzuurmoleculen op het oppervlak zitten van de kiemen van de nanokristallen.

Hier nemen ze de plaats in van de veel grotere oliezuurmoleculen. De oliezuurmoleculen zorgen dat de nanokristallen niet samenklonteren en langzaam uitgroeien tot mooie sferische deeltjes. De azijnzuurmoleculen doen dat niet. De azijnzuurmoleculen zorgen dus dat de nanokristallen veel groter worden. De grootte van de nanokristallen kan echter precies bepaald worden door de hoeveelheid azijnzuur. Het azijnzuur zorgt er bovendien voor dat de nanokristallen volgens een bepaalde oriëntatie doorgroeien. Daardoor ontstaan altijd mooie sterretjes.

Quantum dots
Halfgeleider nanokristallen, ook wel quantum dots genoemd, zenden licht uit met een golflengte die afhankelijk is van hun grootte. Hoe kleiner het kristal, hoe kleiner de golflengte van het licht. Loodselenide nanokristallen zijn bij onderzoekers erg populair, omdat hun grootte een extreem effect heeft op hun optische eigenschappen.

Ook voor toepassingen zijn quantum dots van PbSe interessant, omdat dit een van de weinige materialen is die efficiënt licht uitzenden in het nabije infrarood (NIR). Naar dit soort materialen is een grote vraag, bijvoorbeeld voor lasers, fotonische kristallen en voor toepassingen in de telecommunicatie.
 
 

Download hier het artikel nanosterren.pdf 

Vragen

• Hoe komt het dat de nanokristalletjes soms stervormig worden in plaats van sferisch, zoals de bedoeling is?
• Waarom is dit onderzoek zo bijzonder?
• Wat zijn quantum dots?