کربن کوانتوم دات چیست؟ - ایران گرافن

کربن کوانتوم دات (CQDs) (CQDs) یک کلاس جذاب از نانو مواد هستند که در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. این ذرات ریز مبتنی بر کربن دارای خواص منحصر به فردی هستند که آن ها را برای کاربردهای مختلف بسیار امیدوار کننده می کند. بیایید توضیحات، خواص و کاربردهای کربن کوانتوم دات را بررسی کنیم.

کربن کوانتوم دات (CQDs)

کربن کوانتوم دات ها ذرات کروی یا شبه کروی با اندازه کمتر از 10 نانومتر با ویژگی های فیزیکوشیمیایی قابل توجه مانند سمیت کم، ارزان بودن، بی اثری شیمیایی، زیست سازگاری و پایداری نور بالا هستند. کربن کوانتوم دات ها ساختاری به هم چسبیده با sp2 دارند که توسط گروه های هیدروکسیل و کربوکسیل شامل اکسیژن احاطه شده است. اندازه کوچکشان اثرات محصور شدن کوانتومی از خود نشان می دهند.

کربن کوانتوم دات ها را می توان از پیش سازهای کربن مختلف مانند نانولوله های کربنی، گرافن یا ترکیبات آلی سنتز کرد. از طریق روش های سنتز کنترل شده، می توان خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها را برای کاربردهای خاص تنظیم کرد. گزارش شده است که CQD ها به عنوان واسطه های الکترونی عمل می کنند تا از بازترکیب جفت بارهای تحریک شده نوری جلوگیری کنند. استفاده بالقوه از CQD های بدون فلز به طور گسترده مورد بررسی گرفته است. آن ها طیف باند فرابنفش گسترده ای دارند و می توانند به سرعت الکترون های القا شده با نور را انتقال دهند و آن ها را در بسیاری از واکنش های فوتوکاتالیستی راحت می کند.

خواص کربن کوانتوم دات

خواص برجسته کربن کوانتوم دات که می توان به آن ها اشاره کرد عبارت است از:

اندازه و ساختار:

CQD ها معمولا دارای اندازه هایی از 2 تا 10 نانومتر هستند که آن ها را بسیار کوچک می کند. ابعاد کوچک آن ها می تواند به اثرات کوانتومی و خواص نوری منحصر به فرد کمک کند.

ویژگی های درخشاندگی:

یکی از جذاب ترین ویژگی های CQD ها، فلورسانس قوی و قابل تنظیم آن ها است. بسته به شرایط سنتز و عملکرد سطح، می توانند نور را در رنگ های مختلف، از آبی تا قرمز ساطع کنند این نورتابی استثنایی کربن کوانتوم دات ها را برای کاربرد در تصویر برداری بیولوژیکی، حسگرها و دستگاه های ساطع کننده نور جذاب می کند.

زیست سازگاری:

نقاط کوانتومی کربن به طور کلی زیست سازگار در نظر گرفته می شوند، به این معنی که آن ها با موجودات زنده و سیستم ها سازگار هستند. این ویژگی آن ها را برای کاربردهای زیست پزشکی مانند عوامل تصویر برداری، وسایل انتقال در دارورسانی و سکوهای سنجش بیومولکولی مناسب می کند.

پایداری شیمیایی:

CQD ها از نظر شیمیایی پایدار هستند و یکپارچگی ساختاری خود را در شرایط محیطی مختلف حفظ می کنند. این پایداری برای استفاده از آن ها در کاربردهایی که نیاز به عملکرد و دوام طولانی مدت دارند مفید است.

عملکرد سطحی:

سطح CQD ها را می توان با اتصال گروه ها یا مولکول های شیمیایی مختلف تغییر داد یا عامل دار کرد. این عامل سازی می تواند پراکندگی، حلالیت و زیست سازگاری آن ها را افزایش داده و تعاملات خاصی را با سیستم ها یا محیط های هدف ممکن می سازد.

برنامه های کاربردی کربن کوانتوم دات

CQD ها به دلیل خواصی که به آن ها اشاره شد کاربردهای گسترده ای دارند. در ادامه به چند نمونه از کاربردهای کربن کوانتوم دات اشاره می شود:

تصویر برداری زیستی:

خواص فلورسنت عالی CQD ها آن ها را به ابزارهای ارزشمندی برای تصویر برداری زیستی تبدیل می کند. آن ها می توانند به عنوان کاوشگرهای فلورسنت برای تجسم ساختارهای سلولی، ردیابی تحویل دارو یا مطالعه فرایندهای بیولوژیکی در زمان واقعی استفاده شوند. اندازه کوچک و زیست سازگاری آن ها به آن ها اجازه می دهد تا به بافت ها و سلول ها نفوذ کنند و اطلاعات دقیقی را برای تشخیص و تحقیقات فراهم کنند.

سنجش و تشخیص:

CQD ها حساسیت استثنایی به آنالیت های مختلف از جمله یون های فلزی، گازها و مولکول های زیستی نشان می دهند. آن ها را می توان در حسگرها و آشکارسازها برای کاربردهایی مانند نظارت بر محیط زیست، ارزیابی ایمنی مواد غذایی و تشخیص پزشکی استفاده کرد. انتشار فلورسانس CQD ها می تواند در پاسخ به آنالیت های خاص تغییر کند و تشخیص بسیار حساس و انتخابی را ممکن می سازد.

انرژی و اپتوالکترونیک:

نقاط کوانتومی کربن پتانسیل را در کاربردهای مرتبط با انرژی نشان داده اند. آن ها را می توان در سلول های خورشیدی، به عنوان مواد برداشت کننده نور یا انتقال الکترون، برای بهبود بازده تبدیل انرژی گنجاند. CQD ها همچنین می توانند در دستگاه های ساطع کننده نور مانند LED ها به دلیل فلورسانس قابل تنظیم و انتشار پایدار استفاده شوند.

تحویل دارو و درمان:

CQD ها می توانند به عنوان حامل برای سیستم های دارورسانی عمل کنند. زیست سازگاری و توانایی آن ها برای نفوذ به غشاهای سلولی آن ها برای انتقال عوامل درمانی به اهداف خاص در بدن مناسب می کند. علاوه بر این، خود CQD ها می توانند خواص درمانی خاصی مانند اثرات ضد میکروبی یا آنتی اکسیدانی داشته باشند.

اصلاح زیست محیطی:

CQD ها پتانسیل را در کاربردهای زیست محیطی از جمله تشخیص آلاینده ها و اصلاح نشان داده اند. آن ها را می توان در حسگرها برای تشخیص فلزات سنگین یا آلاینده های آلی در آب و هوا به کار برد. علاوه بر این، CQD ها را می توان برای جذب انتخابی و حذف آلاینده ها از محیط کاربردی کرد و به تصفیه آب یا هوا کمک کرد.

کاتالیز:

نقاط کوانتومی کربن فعالیت کاتالیزوری را برای واکنش های مختلف از جمله کاهش اکسیژن، تصفیه فاضلاب و کاربردهای پیل سوختی نشان داده اند. اندازه کوچک، مساحت سطح بزرگ و خواص الکترونیکی آن ها، آن ها را کاتالیزور جذابی برای این فرآیندها کرده است.

این ها تنها برخی از کاربردهای هیجان انگیز نقاط کوانتومی کربنی هستند CQD ها. به عنوان یک کلاس همه کاره و امیدوار کننده از نانومواد، همچنان کانون تحقیقیات فشرده در سراسر جهان هستند. با اکتشاف و توسعه بیشتر، انتظار می رود پتانسیل آن ها برای نوآوری در زمینه هایی مانند مراقبت های بهداشتی، انرژی و بخش های زیست محیطی گسترش یابد و منجر به فناوری های جدید و نو شود.

منبع:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2019.00671/full

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780323885157000092