합성탄소 양자점
탄소양자점 합성은 크게 하향식(Top-down) 방식과 상향식(Bottom-up) 방식으로 나눌 수 있다. 전처리, 준비 및 후속 처리를 통해 탄소 양자점은 크기 조절, 표면 부동태화, 헤테로원자 도핑 및 나노복합체를 요구 사항에 맞게 제어할 수 있습니다.
하향식 접근 방식
하향식 방법: 레이저 제거 방법, 전기화학 방법, 아크 방전 방법.
아크 방전
Xu 박사는 아크방전법을 이용하여 탄소재를 탄소원으로 사용하여 청색 및 황색 형광성 탄소 나노입자를 합성했습니다. Bottiniet al. 단일벽 탄소나노튜브를 탄소원으로 사용하여 황록색 형광 탄소 양자점을 합성했습니다. Sunet al. 광전변환에 활용될 수 있는 10nm 이하의 나노복합체 입자크기를 갖는 탄소양자점을 제조하였다.
아크 방전 방법은 상대적으로 수율이 낮고 정화가 복잡하며 제품 수집이 어렵고 산소 함량이 높으며 표면 개질이 필요하지 않습니다. 그 발광 메커니즘은 탄소 나노튜브의 발광 메커니즘과 유사할 수 있습니다.
레이저 절제 방법
썬 박사는 레이저 어블레이션을 통해 탄소를 타깃으로 삼아 형광탄소 양자점을 제작했다.
Hu 박사는 레이저 어블레이션(laser ablation) 방식을 이용하여 표면 기능화가 동시에 이루어지는 탄소 양자점을 한 단계로 합성했습니다.
레이저 절제 방법에서는 형광성 탄소 양자점을 생성하기 위해 표면 상태를 변경하기 위해 고가의 장비와 유기 용매의 추가가 필요합니다.
전기화학적 방법
전기화학적 산화법은 전기화학적 방법을 이용하여 탄소원 W를 산화시켜 탄소양자점을 제조하는 방법을 말한다. Zhouet al. 다중벽 탄소나노튜브(MwCNT)의 전기화학적 산화를 통해 탄소 양자점을 얻었다.
전기화학적 방법은 낮은 재료비, 온화한 조건, 간단한 후처리 등을 포함하여 표면 구조 분석 및 발광 메커니즘 연구에 고유한 장점을 가지고 있습니다.
상향식 접근 방식
상향식 방식 : 유기탄화법, 마이크로웨이브법, 수열법, 연소법, 초음파 처리법 등
유기 탄화 방법
유기 탄화법: 유기 전구체를 탄화시켜 형광을 발산할 수 있는 탄소 양자점을 얻을 수 있으며, 표면 기능화를 갖춘 수용성/유용성 탄소 양자점을 제조할 수 있습니다. 유기 탄화 방법은 가열 탄화와 산 탈수 탄화의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이 방법은 서로 다른 탄화 전구체 또는 서로 다른 표면 코팅제를 선택하여 탄소 양자점의 성능을 변경할 수 있습니다.
전자레인지 방식
마이크로파는 300MHz ~ 300GHz 사이의 파장 주파수를 갖는 전자기파를 의미합니다. 마이크로파의 특징은 에너지 집중, 균일성, 고효율, 짧은 반응 시간입니다. 자당, 산화흑연(GO), 포도당, 키토산, 폴리에틸렌 글리콜, 디메틸포름아미드(DMF) 등과 같은 다양한 탄소원을 선택하여 해당 탄소 양자점을 제조할 수 있습니다.
열수법
고온, 고압의 조건에서 물을 용매로 사용하여 반응기에서 물질을 합성합니다. 확장법은 유기용매를 이용한 용매열법이다. 열수 준비 공정은 비교적 간단하고 제어하기 쉽습니다. 밀폐된 공간에서 동시에 반응하면 유기물의 휘발을 방지할 수 있습니다. 사용되는 용매에 따라 생성되는 탄소 양자점의 특성이 달라집니다.
연소방식
연소법으로 탄소 양자점을 제조하는 공정은 조작이 간단하고, 요구되는 장비가 낮으며, 반복성이 강하지만, 제품의 입자 크기 분포를 제어하기가 어렵습니다.
초음파 치료방법
Li 박사는 과산화수소수에 활성탄을 첨가하여 검은색 현탁액을 형성했습니다. 실온에서 초음파 처리로 희석된 현탁액을 셀룰로오스 멤브레인을 사용하여 진공 투석하여 비형광 물질을 제거합니다. 여과 후 얻은 기능화된 탄소 나노입자(FCNP). 탄소 양자점을 제조하기 위한 초음파 처리 방법은 낮은 장비 요구 사항, 간단한 조작, 저렴한 비용, 높은 수율 및 낮은 에너지 소비를 요구합니다.
응용이나 메커니즘 연구를 위해서는 탄소양자점의 크기를 조절하는 것이 필요하다. 현재 일반적인 방법은 나노반응기에서 탄소 양자점을 제조하는 것이다. 유기 출발 물질은 모세관력에 의해 다공성 나노 반응기에 흡수되고, 유기 출발 물질은 나노 반응기에서 분해되어 나노 반응기를 제거하고 탄소 양자점을 얻습니다.
표면 패시베이션 및 기능화
표면 패시베이션이 없는 탄소 양자점의 양자 효율은 일반적으로 매우 낮습니다. 특정 응용 요구 사항을 충족하기 위해 사람들은 공유 결합, 배위, π - π 상호 작용, 졸 겔 상호 작용 및 기타 방법을 통해 탄소 양자점을 부동태화하고 기능화합니다. 탄소 양자점의 기능화는 광학적 특성과 물리화학적 특성을 모두 향상시킬 수 있습니다.
헤테로원자 도핑
헤테로원자를 이용한 도핑은 일반적으로 물질의 발광을 조절하는 데 사용됩니다. 일반적인 헤테로원자에는 질소(N), 황(S), 인(P), 규소(Si) 등이 포함됩니다. 질소(N) 도핑은 광발광을 크게 향상시킬 수 있으며 방출 강도는 질소 함량과 관련이 있습니다. 실리콘(Si) 도핑된 탄소 양자점은 H2O2에 대한 특정 반응을 나타낼 수 있습니다.
탄소 양자점의 복합체
탄소 양자점 복합재는 형광 특성과 무기 나노입자의 전기적, 자기적, 광학적 특성 및 기타 특성을 결합하여 다양한 응용 분야의 요구를 충족할 수 있습니다. 복합 재료의 특성에 따라 귀금속 복합 재료(Ag 등)와 반도체 복합 재료(TiO2, Fe2O3, Cu2O 등)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
탄소양자점의 응용
탄소 양자점은 강한 광발광성, 강한 전자 전달 능력, 우수한 생체적합성 등 우수한 특성을 많이 갖고 있어 생물학, 의학, 화학공학, 전자공학 등 분야에서 엄청난 응용 가치를 갖고 있습니다.
바이오이미징
탄소 양자점의 강력한 발광성과 우수한 생물학적 낮은 독성은 반도체 양자점 및 유기 염료를 대체하는 데 사용될 수 있습니다. 기존 세포 마커와 비교할 때 가장 큰 장점은 다색 발광이며, 이는 연구자가 다양한 이미징 요구에 따라 여기 및 방출 파장을 제어하고 선택하는 데 유용합니다. 연구가 심화됨에 따라 탄소 양자점의 선택적 세포 표적화는 향후 생물학적 이미징 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.
질병 치료
탄소 양자점은 특정 특정 종양에 대한 감광제 역할을 할 수 있으며, 특정 영역에 클러스터된 탄소 양자점은 특정 파장 조사를 통해 암세포의 성장을 억제할 수 있습니다. 연구자들은 또한 이를 나노캐리어 및 추적기로 사용하여 약물이나 유전자의 전달 과정을 모니터링합니다. 탄소 양자점의 형광 신호를 모니터링함으로써 약물 전달 효과를 유추할 수 있어 약물 주입 방법과 투여량을 최적화할 수 있습니다.
발광재료
우수한 광전자 특성으로 인해 탄소 양자점은 광전 변환에 사용될 수 있습니다. Mirtchevet al. 탄소양자점 감응형 이산화티타늄 태양전지를 준비했다.
광촉매 응용
탄소 양자점의 표면은 풍부한 관능기와 우수한 전자 전달 능력을 가지고 있어 광촉매 및 전기화학적 촉매 성능이 우수합니다. Yu et al. 1단계 열수법을 사용하여 탄소 양자점 P25 TiO2 나노복합체를 제조했습니다. 탄소 양자점은 전자 저장 풀 역할을 하며 UV 조사 하에서 P25 TiO2의 촉매 수소 생성을 효과적으로 촉진할 수 있습니다.
화학적 감지
탄소 양자점의 낮은 독성, 생체 적합성 및 광 안정성은 금속 이온, 금속 및 음이온과 같은 분자를 감지하는 데 사용될 수 있습니다.
형광잉크
탄소양자점은 자외선 조사 시 상당한 형광을 발산할 수 있고 광안정성이 강해 형광 잉크로 활용된다. Gaoet al. 위조 방지 잉크 및 정보 암호화를 위해 Paper Cuttings에 무색 탄소 양자점을 인쇄했습니다.
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