Nową metodę wytwarzania nanokrystalicznych form tlenku cynku opracowali naukowcy z Politechniki Warszawskiej. Materiały te mogą być wykorzystywane w medycynie i nanodiagnostyce, a także jako luminescencyjny pigment do farb i lakierów.
Nanokrystaliczne formy tlenku cynku (ZnO) wykazują ogromny potencjał aplikacyjny w technologiach optoelektronicznych i fotowoltaicznych. Przydatne okazują się zwłaszcza zerowymiarowe kropki kwantowe (QDs), które wykorzystuje się w diodach elektroluminescencyjnych i ogniwach fotowoltaicznych jako warstwę transportującą elektrony. Dużym ograniczeniem w rozwoju tych technologii jest brak dostatecznie wysokiej jakości kropek kwantowych tlenku cynku. Nową metodę ich wytwarzania opracował zespół naukowców z Zakładu Katalizy i Chemii Metaloorganicznej Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.
Jesteśmy w stanie wytworzyć wysokiej jakości nanocząstki tlenku cynku o niespotykanych jak dotąd cechach. Głównym założeniem opracowanej przez nas procedury jest wykorzystanie mieszaniny związków cynkoorganicznych i ligandów organicznych o charakterze jonów obojnaczych (zwitterjonów). Cały proces wytwarzania kropek kwantowych jest kontrolowany termodynamicznie, co wpływa na formowanie niemal identycznych nanostruktur tlenku cynku – wyjaśnia mgr inż. Zygmunt Drużyński.
Wynalazek został już wykorzystany, we współpracy z grupą prof. Michaela Graetzela z Politechniki w Lozannie, jako komponent przy tworzeniu ogniw perowskitowych. Perowskit to naturalnie występujący minerał, który doskonale pochłania światło, a po obróbce laboratoryjnej dodatkowo nabiera zdolności do przewodzenia prądu. Nanokrystaliczny tlenek cynku odgrywa w tym przypadku rolę warstwy transportującej elektrony i styka się z warstwą perowskitową. Dzięki temu, że kropki kwantowe tlenku cynku mają niemal idealnie uformowaną powierzchnię stabilizowaną przez regularnie ułożone ligandy, całe ogniwo jest znacznie stabilniejsze i efektywniejsze.
Ogniwo perowskitowe z warstwą złożoną z „naszych” nanocząstek tlenku cynku wykazało sprawność konwersji energii przekraczającą 22%, co jest obecnie rekordem uzyskanym dla ogniw z tlenku cynku jako warstwy transportującej elektrony. Ma to ogromne znaczenie nie tylko dla rozwoju chemii nanomateriałów, ale również dla badań aplikacyjnych dotyczących konwersji energii – podkreśla prof. Janusz Lewiński.
Wstępne prace pokazują również, że ze względu na swoją niską toksyczność nanocząstki tlenku cynku otrzymywane tą nowatorską metodą z powodzeniem mogą służyć również jako markery lub nośniki leków antynowotworowych, a także jako element sensorów biochemicznych.
Ponadto nanomateriał charakteryzuje się jasną, żółtą luminescencją, zarówno w ciele stałym, jak i w postaci stabilnego roztworu koloidalnego w organicznych rozpuszczalnikach niepolarnych oraz polarnych, takich jak alkohole. Dzięki tym właściwościom można go wykorzystać w przemyśle chemicznym jako pigment do farb i lakierów lub składnik drukowanych zabezpieczeń optycznych – wylicza dr inż. Małgorzata Wolska-Pietkiewicz.
Wynalazek został zgłoszony do ochrony patentowej. Aby metoda mogła być szerzej wykorzystywana, potrzebne są dalsze badania dotyczące możliwości skalowania i finansowanie rozwoju opracowanej technologii.
źródło: PW