Спросить
Войти
CdSe ВА ГИБРИД CdSe/ZnS КВАНТ НУҚТАЛАР СИНТЕЗИ ҲАМДА
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ХОССАЛАРИ
Алишер Ишанкулов, Қадриддин Халилов, Нурали Мухамадиев
Самарқанд давлат университети
ishankulov-alisher@mail.ru
Радик Шамилов, Юрий Галяметдинов
Қазан миллий тадқиқот технология университети
Аннотация: Коллоид усулда олинган CdSe квант нуқталари олеин кислота
билан барқарорлаштирилган ва уларнинг оптик хоссалари ўрганилган.
Нанозаррачаларнинг ютилиш спектрининг экситон чўққисига қараб аниқланган
ўртача ўлчами 3,7 нм ни ташкил этди. CdSe нанозаррачалари сирт юзасида ZnS
қобиғини ўстириш орқали гибрид CdSe/ZnS “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраядро-қобиқ” тузилишли нанозарра
синтез қилинди. Бунда люминесценция квант унуми 1,5 дан 19% гача ошди.
Натижада, CdSe/ZnS квант нуқтасининг ютилиш ва люминесценция спектр
тўлқин ўзунлиги чўққиси қисқа ҳудудга кўчди. Гибрид квант нуқтада ZnS
қобиғи ўстирилгандан кейин нанозаррачаларнинг умумий гидродинамик
ўлчами ошди.
Калит сўзлар: Квант нуқталар, коллоид синтез, кадмий селенид, рух
сулфид, “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраядро-қобиқ”, нанозаррача, люминесценция, фотолюминесценция,
прекурсор.
SYNTHESIS POINTS LUMINESTENTATION CHARACTERISTICS OF
CdSe AND HYBRID CdSe/ZnS QUANTUM DOTS
Alisher Ishankulov, Qadriddin Khalilov, Nurali Muhamadiev
Samarkand State University
ishankulov-alisher@mail.ru
Radik Shamilov, Yuri Galyametdinov
Kazan National Research Technology University
Abstract. The CdSe quantum dots stabilized with oleic acid were obtained by
the colloidal method and their optical properties were studied. The average
nanoparticle size, determined by the exciton absorption peak, was 3.7 nm. By
growing a ZnS shell onto the surface of CdSe nanoparticles, CdSe/ZnS core-shell
hybrids are synthesized. In this case, the quantum yield of luminescence increases
from 1.5 to 19%. As a result, the absorption and emission peaks of CdSe/ZnS
quantum dots shift to the short-wavelength region. The total hydrodynamic particle
size increases due to formation of ZnS shell.
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
“ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраcore-shel”, nanoparticles, photoluminescence, precursor .
Кириш. Квант нуқта (КН) лар ноёб оптик ва электрон ҳамда физиккимёвий хусусиятлари туфайли тадқиқотчилар эътиборини ўзига кенг
тортмоқда [1-3]. Ушбу ноёб хусусиятлар уларнинг опто-электрон қурилмаларда
[4], жумладан транзисторлар ва қуёш батареялари учун базис элементлар
материаллари сифатида ҳамда юқори тезликда ишлайдиган квант компютерлар
микросхемаларида ва турли информация узатиш ускуналарда қўллаш
имкониятларини кенгайтирмоқда. Шунингдек, квант нуқталар ҳозирги вақтда
кенг кўламли биотиббиёт дастурларида [5] қўлланилаётганлигини кўриш
мумкин, масалан, қўриш жараёнини такомиллаштириш ва саратон касаллигини
аниқлаш ҳамда даволаш биосенсорлари воситалари сифатида [6].
КН лар яримўтказгичли материаллар атомларидан иборат нанозарралар
бўлиб, уларнинг электрон хоссалари гибрид тузилмалар ва дискрет
молеклаларнинг хусусиятлари оралиғини эгалайди. Бу хусусиятлар квант
таъсир даражаси бошланиши билан боғлиқ [7]. Квант нуқталарнинг электрон
кўчиш таъқиқ ҳудуди уларнинг ўлчамлари, кимёвий таркиби ва табиатига
боғлиқ. КН лар хоссаларига таъсир қилиш усулларидан бири бу уларнинг
тизимига қўшимча атомлар ионлари киритишдир. Адабиётларда
яримўтказгичли катионларнинг 3D-ўтиш металлари ёки нодир ер элементлари
атомларига алмаштирилиши натижасида уларга магнит хоссаларнинг пайдо
бўлишига олиб келиши ҳамда шу асосда олинган композицион янги типдаги
квант нуқталар қўллаш соҳасининг сезиларли даражада кенгаётганлиги таҳлил
қилинмоқда.
Энг яхши ўрганилган нанозарралар қаторида ёруғлик нурининг кенг
кўриш диапазонида яхши люминесцент хоссаларига эга бўлган кадмий
халкогенидларини мисол келтириш мумкин [8]. Яъни гибридли “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраядро/қобиқ”
КН лар типининг яратилиши люминесценция интенсивлигини янада ошириши
мумкин.
CdSe/ZnS гибрид квант нуқталарларда юқори люминесцент хусусиятни
ZnS қобиғи намоён қилади. У кристалл панжарани тўлдириб ядро сиртидаги
нуқсонларни камайтиради ва ядро ичидаги зарядларни нанозаррача юзасига
чиқишини локализациялаб, уларнинг люминесцентли заррачалар билан
боғланишини чеклайди. Бундан ташқари, қобиқ КН нинг кимёвий
барқарорлигини ва фотостабилигини оширади.
Тажрибавий қисм
Кимёвий реактивлар, материаллар ва асбоб-ускуналар
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
Кадмий оксиди (анализ учун тоза), селен (кимёвий тоза), олтингугурт
кукуни, рух оксиди (анализ учун тоза), олеин кислота (тоза), олеиламин (90%),
родамин 6G (анализ учун тоза), 1-октадецен ОДЕ (90%), толуол (кимёвий тоза),
этанол (96%), ацетон (кимёвий тоза).
Ютилиш спектрлари “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраPerkin Elmer Instrumental LAMBDA 35”
спектрофотометрида олинган, люминесценция спектрлари “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраCary Eclipse
(Varian)” спектрофлуорометрида қайд этилган. Ўлчовлар 25ºC ҳароратда
ўтказилди.
CdSe ва CdSe/ZnS “ядро/қобиқ” КН лар синтезиядро/қобиқ” КН лар синтези
CdSe КН лар синтези муаллифлар [8,9] томонидан баён этилган услуб
асосида қисман ўзгартиришлар билан амалга оширилди.
Аргон атмосферасида 0,256 г (2 ммол) CdO нинг 5,04 мл олеин кислота
билан аралашмаси 20 мл ОДЕ да эритилди (1-эритма). 0,158 г (2 ммол) селен 10
мл ОДЕ да 200°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантC да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квант
нуқталарини синтез қилиш жараёни 1 ва 2 эритмаларни 260°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантC ҳароратда 3
дақиқа давомида аралаштириш орқали амалга оширилди. Олинган аралашмани
тез совитиш учун эритмага 10 мл ОДЕ ва 10 мл толуол қўшилди. Аралашмани
таъсирлашмаган прекурсорлардан тозалаш учун эса эритмага хиралашгунча
этанол ва ацетон қўшилади. Кейин, аралашма 20 минут давомида 6000
айланиш/минут тезлигида центрифугаланиб, алоҳида фазаларга ажратилди.
Олинган чўкма толуолда эритилди. Тозалаш жараёни 3 марта такрорланди.
CdSe ядроси атрофида ZnS қобиғини ўстириш учун муаллифлар [10,11]
томонидан тавсия этилган усулдан фойдаланилди.
Рух олеатнинг (0,1 М) эритмасини тайёрлаш учун 0,0405 г ZnO нинг 1,41
мл олеин кислота ва 3,6 мл ОДЕ аралашмасидан таёрланган эритма 260°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантС
ҳароратда қиздириб тайёрланди. 5 мл ОДЕ да 0,016 г олтингугуртни 200°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантС
ҳароратда эритиб олтингугуртнинг (0,1М) эритмаси прекурсори олинди.
Толуолдаги CdSe (6,6 ∙ 10-6 мол/л) КН ли эритмасига 5 мл ОДЕ қўшиб 20
мл эритма тайёрланди ва аралашма таркибидаги толуол буғлангунча 200°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантC
ҳароратгача қиздирилди. Сўнгра, 2,2 мл олеиламин ва 4,7 мл рух олеат
эритмаси қўшилиб, 15 дақиқа давомида аралаштирилди. Олинган реакцион
аралашмага ҳар 15 дақиқада жами 4,7 мл олтингугурт прекурсор эритмаси
солинди. Аралашмадаги кампонентлар тўлиқ реакцияга киришиши учун 200°C да аргон атмосферасида эритилди (2-эритма). CdSe квантC
ҳароратда аралашма 30 дақиқа давомида магнит аралаштиргичда
аралаштирилади. Tозалаш жараёни худди CdSe квант нуқталари учун
бажарилган тартибда амалга оширилади.
СdSe нанокристалларининг сирт юзасида ZnS қобиқ ўстириш жараёнида
олтингугурт прекурсорларини қўшиш вақтини ўзгартириш асосида (3, 7, 10, 15
минут давомида) синтез олиб борилди.
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
Натижалар муҳокамаси
CdSe КН лари синтезида стабилизатор сифатида олеин кислотаси
қўлланилиб, октадецен муҳитида юқори ҳароратда синтез қилинди.
Олинган CdSe КН ларнинг ютилиш спектрларининг экситон чўққиси 576
нм тўлқин узунлигида ҳосил бўлади (Расм 1). ZnS қобиғи ўсгандан кейин,
спектрдаги экситон чўққининг максимуми қисқа тўлқин узунлиги ҳудудига
қараб силжийди. Ҳисоблашларга кўра, ZnS қобиғининг ўсиш жараёнида
ядронинг сирт юзасида жойлашган кадмий атомлари ионининг руҳ атомлари
ионлари билан алмашиниши натижасида CdSe ядросининг ўлчами 3,7 дан 2,8
нм гача қисқарди.
Ютилиш спектри экситон чўққисининг ҳолатига қараб зарраларнинг
ўртача ўлчами қуйидаги полиэмперик тенглама орқали ҳисобланди:
D = (1.6122 · 10-9) · λ4 - (2.6575 · 10-6) · λ3 + (1.6242 · 10-3) · λ2 - 0.4277 · λ +
Бу ерда: D-заррача ўлчами (нм), λ- ютилиш спектрининг биринчи экситон
чўққисига мос бўлган тўлқин узунлиги.
Расм 1. CdSe ва CdSe/ZnS КН лари ютилиш спектрлари
CdSe КН лар люминесценция интенсивлик спектри симметрик бўлиб,
унинг чўққиси 587 нм диапазонда намоён бўлмоқда (Расм 2а). Синтез қилинган
нанозаррачаларда сирт дефектлари жуда кам бўлиб, танланган синтез усули
монодисперсли квант нуқталар олиш имконини берди. СdSe КН лар
нанозаррачаларининг родомин 6G га нисбатан аниқланган квант унуми 1,5 %
ни ташкил этди. Ядро атрофида қобиқнинг ўстирилиши люминесценция
интенсивлигини сезиларли даражада ошишига олиб келади ва гибрид CdSe/ZnS
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
КН лар учун квант унуми 19% гача ошиши кузатилмоқда. Шунингдек,
люминесценция спектри чўқиси 555 нм гача бўлган ҳудудга кўчди. Бу ҳодиса
КН ядро ўлчамининг қичрайиши билан боғлиқ. Бундан ташқари СdSe
нанокристалларининг сирт юзасида ZnS қобиғи ўстириш жараёнида
олтингугурт прекурсорларини қўшиш вақт ўзгартирилганда (3, 7, 10, 15 минут
давомида), вақт ошиши билан люминесценция интенсивлик чўққиси
ҳолатининг пасайиши кузатилди (Расм 2б).
Расм 2. CdSe ва CdSe/ZnS КН ларининг люминесценция спектрлари (а) ва
турли синтез вақтидаги уч ўлчамли координатали тасвирлари (б) (λқўзғал=350нм)
Хулосалар
CdSe/ZnS квант нуқталари синтези амалга оширилди.
ўрганилди.
атомлари ионларига алмашиниши натижасида CdSe ядросининг ўлчами 3,7 дан
спектрлари тўлқин узунликлари чўққиси қисқа ҳудудига кўчди.
Ушбу иш Россия фундаментал тадқиқотлар фонди ва Татарстон
Республикаси ҳукумати томинидан 18-43-160009- сонли илмий лойиҳа
доирасида молиявий қўллаб-қувватланди.
Фойдаланилган адабиётлар
[1] D. C.Hannah,N. J.Dunn, S. Ithurria et al., “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраObservation of sizedependent
thermalization in CdSe nanocrystals using timeresolved photoluminescence
spectroscopy,” Physical Review Letters, vol. 107, no. 17, Article ID177403, 2011.
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
[2] E. A. Weiss, R. C. Chiechi, S. M. Geyer et al., “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраSize-dependent charge
collection in junctions containing single-size and multisize arrays of colloidal CdSe
quantum dots,” The Journal of the American Chemical Society, vol. 130, no. 1, pp.
[3] D. Katz, T.Wizansky, O. Millo, E. Rothenberg, T. Mokari, and U. Banin,
“ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраSize-dependent tunneling and optical spectroscopy of CdSe quantum rods,” Physical
Review Letters, vol. 89, no. 8, Article ID 086801, 2002.
[4] V.I. Klimov, A.A. Mikhailovsky, S. Xu, A. Malko, J.A. Hollingsworth, C.A.
Leatherdale, H.-J. Eisler, M.G. Bawendi. Optical gain and stimulated emission in
nanocrystal quantum dots.// Science. 2000. V.290. P. 314 – 317.
[4] M. E. Schmidt, S. A. Blanton, M. A. Hines, and P. Guyot- Sionnest, “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраSizedependent
two-photon excitation spectroscopy of CdSe nanocrystals,” Physical
ReviewB: CondensedMatter and Materials Physics, vol. 53, no. 19, pp. 12629–12632,
[5] Cristina Palencia, Kui Yu, Klaus Boldt. The Future of Colloidal
Semiconductor Magic-Size Clusters. ACS Nano 2020, 14 (2) , 1227-1235. DOI:
[6] A. L. Rogach, A. Kornowski, M. Gao, A. Eychm¨uller, and H. Weller,
“ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраSynthesis and characterization of a size series of extremely small thiol-stabilized
CdSe nanocrystals,”The Journal of Physical Chemistry B, vol. 103, no. 16, pp. 3065–
[7] R. R. Shamilov, A. F. Ishankulov, Yu. G. Galyametdinov “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраSize-optical
characteristics of CdSe/ZnS quantum dots modified by thiol stabilizers Т.23, №3, 1923 (2020).
[8] P. Reiss, M. Protiere, and L. Li, “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраCore/shell semiconductor nanocrystals,”
Small, vol. 5, no. 2, pp. 154–168, 2009.
[9] M. D. Regulacio and M.-Y. Han, “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраComposition-tunable alloyed
semiconductor nanocrystals,” Accounts of Chemical Research, vol. 43, no. 5, pp.
[10] Galyametdinov, Yu. G., Sagdeev, D. O., Voronkova, V. K., Sukhanov, A.
A., Shamilov, R. R., “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраThe dependence of paramagnetic and optical characteristics of
Mn: CdS nanoparticles on high-temperature synthesis conditions,” Mater. Res.
Express 5(7), 075009 (2018).
[11] J. van Embden, J. Jasieniak, and P. Mulvaney, “ядро-қобиқ” тузилишли нанозарраMapping the optical
properties of CdSe/CdS heterostructure nanocrystals: the effects of core size and shell
thickness,” Journal of the American Chemical Society, vol. 131, no. 40, pp. 14299–
