À propos des nanoparticules semi-conductrices

Les nanoparticules de matériaux semi-conducteurs ont les trois dimensions comprises entre 1 et 20 nm et possèdent de nouvelles propriétés électroniques, magnétiques, catalytiques et optiques. Cela est dû à leur rapport surface/volume important et à leur taille réduite. Lorsque le diamètre de la particule approche du diamètre de l'exciton de Bohr, les porteurs de charge deviennent confinés dans trois dimensions avec zéro degré de liberté. En raison des contraintes géométriques, l'électron sent les limites des particules et réagit aux tailles des particules en ajustant son énergie. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet de taille quantique, provoque la division de la bande continue du solide en niveaux quantifiés discrets et l'augmentation de la « bande interdite ».
Méthodes de préparation
Les méthodes traditionnelles telles que le dépôt chimique en phase vapeur et les méthodes d'épitaxie par faisceau moléculaire ont été utilisées mais ont des limites car elles produisent des particules qui sont attachées à un substrat ou noyées dans une matrice, limitant ainsi leur potentiel dans les applications.
Accès colloïdal
L'accès colloïdal aux nanoparticules est obtenu en effectuant une réaction de précipitation dans une solution homogène en présence de stabilisants, dont le rôle est d'empêcher l'agglomération et la croissance ultérieure. La stabilité de croissance colloïdale des cristaux peut être améliorée en utilisant des solvants à faible constante diélectrique ou en utilisant des stabilisants tels que le copolymère styrène/acide maléique.
Mûrissement d'Ostwald
Dans un processus connu sous le nom de maturation d'Ostwald, de petits cristaux, moins stables, se dissolvent puis recristallisent sur des cristaux plus gros et plus stables. Pour que cette méthode soit efficace, les nanoparticules doivent avoir une faible solubilité, ce qui peut être obtenu par un choix judicieux du solvant, du pH et de l'agent de passivation.
Pyrolyse
Les problèmes liés à la voie colloïdale à basse température pourraient être surmontés en injectant des précurseurs pyrolysés à haute température dans un solvant de coordination à point d'ébullition élevé. Cette voie utilise un alkyle métallique volatil (diméthylcadmium) et une source de chalcogène de tri-n-octylphosphine séléniure (TOPSe), dispersés dans du tri-n-octylphosphine (TOP) et injectés dans du TOPO chaud (oxyde de tri-n-octylphosphine). Les particules produites par cette méthode sont monodispersées et cristallines.
Voies chimiques
Une voie chimique alternative aux nanoparticules utilisant des précurseurs monomoléculaires dans lesquels la liaison métal-chalcogénure est disponible s'est avérée être une voie très efficace vers des nanoparticules de haute qualité. La décomposition du précurseur entraîne la formation des nanoparticules avec arrêt de la croissance se produisant lorsque l'approvisionnement en précurseur est épuisé. Après l'injection initiale, il y a une nucléation rapide, suivie d'une croissance contrôlée des noyaux. Lorsque les nanoparticules atteignent une taille souhaitée, la croissance ultérieure est arrêtée en refroidissant rapidement la solution. Les nanocristaux sont isolés de la solution de croissance en ajoutant un autre solvant miscible au solvant initial. La solution trouble résultante est centrifugée et les nanoparticules sont isolées sous forme de poudre. Les complexes métalliques d'alkylthiourées se sont également avérés être de très bons précurseurs pour la synthèse de nanoparticules.