Resumen de CdSe-based Semiconductor Nanocrystal: Synthesis, Characterization, and Applications
Los Nanocristales Semiconductores (NCs), también conocidos como puntos cuánticos (QDs, del inglés Quantum Dots), se componen de un núcleo inorgánico y de un recubrimiento orgánico que los estabiliza en disolución. Estas dos regiones definen la reactividad de estos materiales, así como sus posibles aplicaciones en distintos campos. En esta tesis se muestra cómo, combinando técnicas espectroscópicas y microscópicas avanzadas, se puede llevar a cabo una caracterización exhaustiva de ambas regiones y así entender las propiedades y comportamientos de estos NCs en diferentes medios, lo que es necesario para su posterior aplicación.
Se ha comprobado que la composición de estas dos regiones está tremendamente influenciada por procesos como la difusión iónica o el intercambio iónico, que, a su vez, están gobernados por las condiciones de síntesis. Esto se demuestra en el Capítulo 2 donde la inusual respuesta óptica de NCs aleados de CdSeZnS se pueden explicar considerando ambos escenarios y controlar a través de parámetros de síntesis como la temperatura, concentración de precursores y tiempo de reacción.
Una vez comprendida la influencia de las condiciones sintéticas en la composición final de estos NCs aleados, se estudian sus propiedades ópticas tras recubrirlos con sílice y el papel de las dos regiones que componen el NC (el núcleo inorgánico y el recubrimiento orgánico) en este proceso. Como se muestra en el Capítulo 3, pudimos elucidar la complicada esfera de ligandos compuesta por ácido oleico/esteárico (OA/SA, de inglés oleic acid y stearic acid) intercalado con moléculas de dodecanotiol (DDT, del inglés docecanethiol), que se encuentran fuertemente unidas a la superficie del NCs. Esto permite entender las variaciones observadas en el rendimiento cuántico de la fotoluminiscencia (PL QY, del inglés Photoluminescence Quantum Yield) de distintos NCs encapsulados. Concluimos que los ligandos tiolados (DDT) son necesarios para mantener las propiedades ópticas iniciales de los NCs y actúan como puntos de unión del ácido oleico/esteárico. Estos últimos son necesarios para generar el recubrimiento de sílice, no en la superficie del NCs directamente sino rodeando la esfera de ligandos. Como resultado, se propone un mecanismo de recubrimiento que se puede entender cómo un método general para la encapsulación de NCs en sílice preservando las propiedades ópticas originales.
En el Capítulo 3 también se estudia el papel fundamental que juegan las propiedades superficiales de estos NCs encapsulados cuando se encuentran, de manera individual o en forma de pequeños agregados, en un medio biocompatible y atrapados en el foco de un láser. Descubrimos que, a pesar de que la fotooxidación de los NCs parece inevitable en estos experimentos, se puede mejorar la estabilidad de la fotoluminiscencia generando un recubrimiento extra de azufre antes del crecimiento de sílice. Este tratamiento protege la superficie y atenúa o incluso evita determinados mecanismos de aniquilación de la luminiscencia que están favorecidos bajo iluminación. Estos resultados muestran el potencial del estos NCs para su uso en experimentos de seguimiento de procesos en medios biológicos.
El recubrimiento de sílice se lleva a cabo a través de un método de microemulsión muy usado para generar NCs encapsulados en sílice monodispersos y de alta calidad. Sin embargo, este método tan conocido también se puede usar para producir diferentes estructuras tipo núcleo-recubrimiento con propiedades ópticas mejoradas y más estables. Este es el caso descrito en el Capítulo 4 donde, empleando el método SILAR (del inglés, Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) en microemulsión se hacen crecer, de manera controlada, capas inorgánicas sobre semillas de CdSe previamente sintetizadas. Este procedimiento mejora las propiedades ópticas de los NCs iniciales de acuerdo a una estructura núcleo-recubrimiento tipo I o quasi tipo II, reduce la solubilidad en disolventes orgánicos y aumenta la estabilidad en medios polares. Además, produce la casi total eliminación de los ligandos orgánicos originales obteniendo NCs tipo núcleo-recubrimiento que se organizan en estructuras 1D en forma de redes. Estas últimas características pueden ser beneficiosas para su aplicación en la fabricación de capas activas de dispositivos opto-electrónicos.
Finalmente, motivados por la reciente comercialización de tecnología basada en puntos cuánticos, se ha estudiado el potencial de los NCs para la fabricación de diodos emisores de luz (LEDs, del inglés Light Emitting Diodes) producidos por un método en disolución fácil y escalable. Como se explica en el Capítulo 5, no sólo la arquitectura determina la calidad y robustez de estos dispositivos, si no que parámetros como el tamaño de los NCs, su composición y su superficie también juegan papeles fundamentales. Se demuestra que, a pesar de poder utilizar diferentes NCs para la fabricación de los denominados QDLEDs con eficiencias razonables, las diferencias en tamaño, composición y propiedades superficiales limitan, en algunos casos, su aplicación. Esto evidencia que todavía es necesario más trabajo para poder beneficiarnos de todas las ventajas que presentan los NCs para futuras tecnologías.
