ИСТИНА

Проект направлен на разработку методов химического синтеза и исследование оптических и электрофизических свойств анизотропных полупроводниковых наночастиц c двумерной морфологией и их ансамблей. В настоящее время достигнут существенный прогресс в методах получении сферических полупроводниковых наночастиц (коллоидных квантовых точек). В тоже время имеется ограниченное число работ по синтезу двумерных наночастиц растворными методами. В рамках проекта предлагается синтезировать новые объекты: квазидвумерные наночастицы халькогенидов кадмия (экситонные системы) и халькогенидов меди (плазмонные системы) за счет использования специфических лигандов. Другая важнейшая задача – контролируемая сборка наночастиц в блоки, которые будут функциональными элементами для создания устройств оптоэлектроники, фотовольтаики. В рамках проекта впервые предлагается изучить самосборку ансамблей двумерных наночастиц. Полученные ансамбли анизотропных наночастиц должны обладать необычными электронными свойствами за счет коллективных эффектов. Синтез наночастиц будет проведен в неполярных средах в присутствии поверхностно-активных стабилизаторов. Формирование квазидвумерных наночастиц будет основано на пассивации полярных граней наночастиц халькогенидов металлов длинноцепочечными карбоновыми кислотами. Проект предполагает систематическое исследование взаимосвязи морфологии наночастиц и условий синтеза. Этап 2013 года направлен на разработку условий синтеза квазидвумерных наночастиц селенида кадмия и сульфидов меди. Предполагалось изучение влияние типа стабилизатора (карбоновые кислоты, амины, тиолы) и длины цепи стабилизатора на морфологию и размеры наночастиц, а также проведение анализа размеров, распределения по размерам, морфологии, химического и фазового состава синтезированных наноструктур методами ПЭМ, рентгеновской и электронной дифракции в зависимости от условий синтеза. Предполагалось изучить самосборку квазидвумерных наночастиц в ансамбли.

Разработаны методики растворного синтеза квазидвумерных наночастиц селенида кадмия и сульфида меди в неполярных растворителях. Систематически изучено влияние условий синтеза (время и температура роста, стабилизатор, прекурсор) на размеры и морфологию наночастиц. Наночастицы CdSe получены с использованием олеиновой и миристиновой кислоты в качестве стабилизатора при температурах роста в интервале 170-250°С. Обнаружено, что при введении ацетата кадмия на этапе зародышеобразования наночастицы имеют морфологию квазидвумерных пластинок и растут в виде популяций с фиксированной толщиной. Найдены условия получения популяций наночастиц с толщиной 1,2, 1,5 и 1,8 нм, при этом латеральный размер составил от 20 до 70 нм. Температура введения ацетата кадмия определяет толщину наночастиц, изменение других условий синтеза, оказывает влияние только на латеральные размеры. Для сульфида меди получены наночастицы ковеллита CuS с использование длинноцепочечных аминов в качестве стабилизаторов при температурах роста в интервале 120-170°С. Найдены условия роста дискообразных наночастиц с латеральными размерами 5-13 нм и толщиной 4-5 нм с дисперсией размеров 20%, причем размеры частиц определяются температурой и временем роста. Для наночастиц CdSe показано, что спектры поглощения отвечают двумерным системам с выраженными экситонными полосами. Спектральное положение полос поглощения определяется толщиной наночастицы и составляет 461, 503 и 551 нм, при этом ширина полос составила порядка 60 мэВ и не зависит от условий синтеза. Для наночастиц CuS в спектрах поглощения найдена интенсивная полоса поглощения в диапазоне 1000-1300 нм. Существенное влияние диэлектрической проницаемости среды на положение максимума подтверждает, что полосы поглощения отвечают плазмонному резонансу. Впервые обнаружено, что для наночастиц CdSe замена карбоновых кислот на додекантиол приводит к сдвигу экситонного максимума в красную область и существенному уширению, что связано с формированием сульфидного монослоя на поверхности. Эффект увеличивается при уменьшении толщины наночастицы. Показано, что для монодисперсных наночастиц как CdSe, так и CuS характерна самосборка в столбчатые стеки со среднем числом наночастиц в одном стеке порядка 50-100 штук. Разработаны методики коллоидного синтеза квазидвумерных наночастиц CdTe, CdS и CdSe в неполярных растворителях, а также гетероструктур CdSe/CdS и CdTe/CdS на основе квазидвумерных наночастиц. Систематически изучено влияние условий синтеза на размеры, фазовый состав, морфологию и оптические свойства синтезированных наночастиц. Предложена новая унифицированная методика синтеза квазидвумерных наночастиц халькогенидов кадмия, что позволило препаративно получить наночастицы CdSe, CdS и CdTe с латеральными размерами 20-400 нм и толщиной 0.9-2.0 нм, кратной числу атомных слоев. Методика синтеза базировалась на росте наночастиц в мицелярном растворе ацетат кадмия-олеиновая кислота-октадецен. Показано, что толщина наночастиц определяется температурой синтеза. Изучение морфологии показало, что наблюдается эффект сворачивания наночастиц в трубки для тонких популяций. В спектрах поглощения и люминесценции полученных наночастиц наблюдались рекордно узкие полосы экситонных переходов lh-e и hh-e, отвечающих двумерным системам. Предложен метод синтеза квазидвумерных наночастиц твердого раствора состава CdSxSe1–x. Спектральное положение полосы поглощения монотонно варьирует в диапазоне 382–461 нм при изменении состава наночастиц. Разработана методика синтеза гетероструктур CdSe/CdS с толщиной слоя CdS до 5 ML послойным осаждением анионных и катионных слоев. Для гетероструктур CdSe/CdS наблюдалось красное смещение полос поглощения (с 2.85 до 2.15 эВ с увеличением числа монослоев сульфида кадмия до 5 ML) и значительное уширение полос. Аналогичным методом впервые получены гетероструктуры CdTe/CdS на основе квазидвумерных наночастиц. Формирование монослоя CdS на поверхности наночастиц CdTe вызвало сворачивание первоначально плоских наночастиц в трубки. Изучение эволюция спектров поглощения при формировании гетероструктуры CdTe/CdS ядро-оболочка показало снижение интенсивности экситонной полосы без спектрального сдвига и появления новой низко-энергетической полосы, которую можно отнести к переходу с пространственным переносом заряда. С использованием синтезированных квазидвумерных наночастиц в качестве эмиттера и органических материалов TAZ и TPD, составляющих соответственно электронный и дырочный транспортные слои, разработан гибридный светоизлучающий диод с длиной волны люминесценции 515 нм (зеленый) и узким спектром излучения.