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RÉSUMÉ
Les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d'une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
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Semiconductor nanocrystals have attracted much research interest for more than thirty years. These inorganic particles, capped by a layer of organic molecules separating them from each other, are a particularly good illustration of the modification of physical properties induced by the quantum confinement effect when size is lowered to the nanometre range. At the same time, progress in chemical synthesis enables the precise control of size and composition of nanocrystals, and hence of their optical properties, paving the way for various applications. This article gives an overview of the basic properties characterizing semiconductor nanocrystals, their synthesis methods, and their main applications.
Auteur(s)
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Peter REISS : Docteur, chercheur CEA ([email protected])
-
Frédéric CHANDEZON : Ingénieur, docteur, chercheur CEA ([email protected]) - Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, UMR 5819 SPrAM (CEA-CNRS-UJF) - Université Grenoble Alpes, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CEA, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CNRS, SPrAM, F-38000 Grenoble, France
INTRODUCTION
les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d’une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
Semiconductor nanocrystals attract a large research interest for more than thirty years now. These inorganic particles, capped by a layer of organic molecules separating them, illustrate particularly well the modification of physical properties induced by the quantum confinement effect when the size is decreased to the nanometre range. At the same time, progress in chemical synthesis enables the precise control of nanocrystals’ size and composition and hence of their optical properties, paving the way to various applications. This article gives an overview of the basic properties characterizing semiconductor nanocrystals, of their synthesis methods of their main applications.
photo-/électroluminescence, imagerie optique en biologie, photovoltaïque, éclairage/affichage, marquage biologique, cellules solaires, synthèse chimique, propriétés optiques, fonctionnalisation, applications.
photo-/electroluminescence, optical imaging in biology, photovoltaics, lighting/displays, biological labeling, solar cells, chemical synthesis, optical properties, functionalisation, applications.
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MOTS-CLÉS
applications cellules solaires fonctionnalisation photo-/électroluminescence éclairage/affichage marquage biologique synthèse chimique propriétés optiques
KEYWORDS
applications | solar cells | functionalisation | photo-/electroluminescence | lighting/displays | biological labeling | chemical synthesis | optical properties
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2004 par Frédéric CHANDEZON, Peter REISS
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Synthèse des nanocristaux de semi-conducteurs en phase liquide
En anglais
2. Physique des nanocristaux semi-conducteurs fluorescents
Nous utilisons le nanomètre (nm) comme unité de longueur et l’électronvolt (eV) pour l’énergie. L’électronvolt est l’énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel de 1 V soit 1 eV = 1,6 x 10−19 J. Cela correspond à l’ordre de grandeur des énergies mises en jeu lors de l’excitation/désexcitation des électrons de valence dans les atomes, les molécules ou les nanocristaux.
2.1 Effets de taille
Les nanocristaux dont il est question ici, exemple important de nouveaux nano-objets artificiels , sont constitués d’un cœur cristallin nanométrique (quelques nm de diamètre) recouvert d’une couche de molécules organiques, les ligands (figure 1). Le cœur contient une quantité dénombrable d’atomes, typiquement quelques centaines à plusieurs dizaines de milliers dont une fraction importante est en surface, d’autant plus que le nanocristal est petit. Le cœur lui-même peut être recouvert d’une ou plusieurs coquilles d’autres matériaux semi-conducteurs. La surface externe du nanocristal présente des liaisons pendantes réactives que la couche de ligands passive en partie tout en permettant la stabilisation sous forme colloïdale des nanocristaux. Ces ligands jouent par ailleurs le rôle d’interface avec le milieu environnant et conditionnent l’affinité du nanocristal avec différents milieux (hydrophilie, hydrophobie…). Ils peuvent également porter une fonctionnalité chimique qui permet de greffer par des voies de chimie douce le nanocristal à d’autres molécules, biomolécules, polymères, nano-objets, etc. Ce dernier aspect, la fonctionnalisation, sera évoqué au point 4.1.
La principale caractéristique des nanocristaux est que leurs propriétés physiques (température de fusion T f, structure cristalline, propriétés optiques…) dépendent de la taille ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PAUTRAT (J.-L.) - Demain le nanomonde : voyage au cœur du minuscule - Fayard (2002).
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(2) - ALIVISATOS (A.P) - * - . – J. Phys. Chem. 100, 13226 (1996).
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(4) - ROGACH (A.L.), TALAPIN (D.V.), SHEVCHENKO (E.V.), KORNOWSKI (A.), HAASE (M.), WELLER (H.) - * - . – Adv. Funct. Mater. 12, 653 (2002).
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(6) - BRUS (L.E.) - * - . – J. Chem. Phys. 80, 4403 (1984).
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...
Conférence : « NaNaX – Nanoscience with Nanocrystals » a lieu tous les deux ans dans différents pays européens (années paires).
Conférence : « 30 years colloidal quantum dots » May 26-28, 2014, Paris.
( http://www.30-years-QDs.com).
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, INAC-SPrAM (UMR 5819 CEA-CNRS-UJF), CEA Grenoble, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble cedex 9
( http://inac.cea.fr/spram/NanoX/)
Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM, UMR8213CNRS/UPMC/ESPCI), 10, rue Vauquelin, 75005 Paris
NanoBioPhotonics Group, Institut d’Électronique fondamentale, Université Paris-Sud (UMR 8622 – CNRS), 15, Rue Georges Clémenceau, 91405 ORSAY cedex
( http://www.nbp.ief.u-psud.fr/Website/HOME.html)
Physics and Chemistry of Nanostructures Group, Ghent University, Krijgslaan 281 building S3 (Campus Sterre),...
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