پژوهشگرانی از کره‌جنوبی پلت‌فرمی یک مرحله‌ای برای ساخت نقاط کوانتومی کربنی ارائه کردند که نیاز به خنثی‌سازی و خالص‌سازی مورد نیاز در روش‌های مرسوم را ندارد.
توسعه پلتفرم تک فرآیندی، برای ساخت نقاط کوانتومی کربنی
گرافن از یک ساختار مسطح تشکیل شده که اتم‌های کربن آن به شکل شش ضلعی، شبیه کندوی عسل، به هم متصل شده‌اند. هنگامی که اندازه گرافن به چندین نانومتر (nm) کاهش می‌یابد، به یک نقطه کوانتومی گرافن تبدیل می‌شود که خواص فلورسنت و نیمه هادی از خود نشان می دهد. نقاط کوانتومی گرافنی را می‌توان در کاربردهای مختلف از جمله صفحه نمایش، سلول‌های خورشیدی، باتری‌ها، تصویربرداری زیستی، نورپردازی، فوتوکاتالیست و حسگرها به عنوان یک ماده جدید استفاده کرد. علاقه به نقاط کوانتومی گرافنی در حال افزایش است، زیرا تحقیقات اخیر نشان داده است که کنترل نسبت هترواتم ها (مانند نیتروژن، گوگرد و فسفر) در ساختارهای کربنی مواد خاص، خواص نوری، الکتریکی و کاتالیزوری آنها را افزایش می دهد.
مؤسسه علم و فناوری کره (KIST) گزارش داده است که یک تیم تحقیقاتی به رهبری بیونگ جون مون و سوکانگ بائه از مرکز تحقیقات مواد کامپوزیتی کاربردی، روشی برای کنترل دقیق پیوند در این ساختار ایجاد کرده‌اند. ساختار هترواتم‌های منفرد در نقاط کوانتومی گرافنی، که یک نانو ماده کربنی صفر بعدی است، از طریق کنترل واکنش شیمیایی ساده انجام می‌شود و آنها مکانیسم‌های واکنش مربوط به آن را شناسایی کرده‌اند.
با هدف کنترل ادغام هترواتم در نقاط کوانتومی گرافنی، محققان از مواد افزودنی استفاده کردند که پس از سنتز این نقاط، وارد آنها می‌شوند. سپس نقطه کوانتومی باید بیشتر خالص شود، بنابراین این روش چندین مرحله را به فرآیند کلی ساخت اضافه می‌کند. روش دیگری که مورد مطالعه قرار گرفت شامل استفاده همزمان از چندین پیش ساز آلی (که مواد اصلی برای سنتز نقاط کوانتومی هستند)، همراه با افزودنی‌هایی حاوی هترواتم، بود. با این حال، این روش‌ها دارای معایب قابل توجهی بودند، از جمله کاهش بلورینگی در محصول نهایی و بازده کلی کمتر واکنش، زیرا چندین مرحله خالص‌سازی اضافی باید اجرا می‌شد. علاوه بر این، برای به دست آوردن نقاط کوانتومی با ترکیبات شیمیایی مورد نظر تولیدکنندگان، شرایط مختلف واکنش، مانند نسبت مواد افزودنی، باید بهینه شود. این امر ناگزیر منجر به افزایش مدت زمان کلی فرآیند و هزینه تولید در هر واحد می‌شود.
در روش ساخت مرسوم، از پیش‌سازها یا محلول های اسیدی استفاده می‌شود و بنابراین نیاز به مراحل خنثی‌سازی و خالص‌سازی دارد. برعکس، این فرآیند جدید توسعه‌یافته، از پیش‌سازهای قلیایی ضعیفی استفاده می‌کند که در طول سنتز خنثی می‌شوند، به این معنی که این فرآیند این مزیت را دارد که نقاط کوانتومی گرافنی تولید شده قبل از آماده‌شدن برای استفاده نیازی به پردازش اضافی ندارند.
این تیم تحقیقاتی همچنین از مدل‌سازی کامپیوتری مبتنی بر شیمی محاسباتی استفاده کرد تا نشان دهد که حلال مورد استفاده در فرآیند سنتز نقاط کوانتومی گرافنی بر اکسیداسیون پیش‌ساز آلی، فومارونیتریل، که حاوی هترواتم‌ها (نیتروژن) نیز است، تأثیر می‌گذارد. آنها نشان دادند که نوع حلال در نهایت ترکیب شیمیایی محصول نهایی نقاط کوانتومی گرافنی را تعیین می‌کند.
دکتر سوکانگ بائه از KIST اظهار داشت: «ما یک فناوری پلتفرم جدیدی توسعه داده‌ایم که به ما امکان می‌دهد با تنظیم انتخابی ترکیب شیمیایی هترواتم‌ها با یک فرآیند مصنوعی، بدون استفاده از مواد افزودنی دیگر به جز پیش‌سازهای آلی مانند فومارونیتریل، نقاط کوانتومی گرافنی را سنتز کنیم.»
وی افزود: «از آنجایی که ما راهی برای دستیابی به سنتز انبوه نقاط کوانتومی گرافنی بدون فرآیندهای پس‌فرآوری یا خالص‌سازی اضافی کشف کردیم، توانستیم زمان کلی پردازش را کاهش دهیم و امکان‌سنجی اقتصادی روش را افزایش دهیم.»
علاوه بر این، انتظار می‌رود این دستاورد توسعه نانو مواد کربنی و همچنین افزایش فرصت‌های اقتصادی برای شرکت‌های کوچک و متوسط را موجب شود.
