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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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Peter REISS : Docteur, chercheur CEA ([email protected])
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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
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2004 par Frédéric CHANDEZON, Peter REISS
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5. Conclusion
Environ trente ans après la découverte du confinement quantique au début des années 1980, les nanocristaux trouvent aujourd’hui des débouchés commerciaux notamment en biologie et en opto-électronique. Selon une étude publiée en avril 2014 par Allied Market Research , le marché global des quantum dots sera amené à évoluer de 316 M$ en 2013 à plus que 5 000 M$ en 2020 avec un taux de croissance annuel d’environ 30 %. Alors que le domaine de l’imagerie biologique est le plus abouti à l’heure actuelle, on pressent l’optoélectronique pour la plus forte croissance, en particulier les technologies d’affichage, suivies par les dispositifs photovoltaïques.
Parmi les grands défis actuels dans ce domaine de recherche très actif, on peut citer : i) le développement des matériaux non toxiques alternatifs aux nanocristaux de CdSe, CdS et de PbS, PbSe, ayant des propriétés optiques comparables, notamment en termes d’efficacité quantique, de largeur de raie de luminescence et de stabilité dans le temps ; ii) La compréhension des mécanismes de réaction et l’élucidation de réactions secondaires, indispensables pour la conception rationnelle de nouvelles méthodes de synthèse ; l’utilisation de techniques d’analyse in situ, permet de suivre en temps réel les phases de nucléation et de croissance ; initialement restreint aux études d’absorption UV-vis, le développement de porte-échantillons spécifiques pour la microscopie électronique en transmission et la diffraction de rayons X ouvre de nouveaux horizons pour l’analyse in situ ; iii) La maîtrise de la chimie de surface. La découverte récente de la possibilité de remplacer les ligands organiques par de simples ions inorganiques ouvre des nouvelles possibilités pour l’intégration des nanocristaux dans des dispositifs (opto-)électroniques. Cependant, l’interaction entre les différents ions ou molécules et la surface ainsi que leur influence sur la passivation électronique de nanocristaux ne sont pas bien comprises. La confrontation des résultats expérimentaux avec des simulations numériques pourrait être renforcée afin de mieux guider la recherche de nouvelles stratégies de traitement de surface. L’interaction avec la théorie permettra aussi d’éclaircir...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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