Punti quantici di grafene a base di carbone, introdotto nel 2013 dal laboratorio del chimico James Tour della Rice University, può essere progettato per proprietà semiconduttive specifiche in uno dei due processi a fase singola.

In un nuovo studio di questa settimana sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce , Tour e colleghi hanno dimostrato un controllo preciso sul gap di banda dipendente dalle dimensioni dei punti di ossido di grafene, la proprietà che li rende semiconduttori. I punti quantici sono materiali semiconduttori abbastanza piccoli da esibire proprietà meccaniche quantistiche che appaiono solo su scala nanometrica.

Il gruppo di Tour ha scoperto di poter produrre punti quantici con proprietà semiconduttive specifiche ordinandoli attraverso l'ultrafiltrazione, un metodo comunemente usato nella filtrazione dell'acqua municipale e industriale e nella produzione alimentare.

L'altro processo a fase singola prevedeva il controllo diretto della temperatura di reazione nel processo di ossidazione che riduceva il carbone a punti quantici. I ricercatori hanno scoperto che le temperature più calde hanno prodotto punti più piccoli, che avevano proprietà semiconduttive diverse.

Tour ha affermato che i punti quantici di grafene possono rivelarsi altamente efficienti in applicazioni che vanno dall'imaging medico alle aggiunte a tessuti e tappezzeria per colori più luminosi e più duraturi. "I punti quantici generalmente costano circa $ 1 milione per chilogrammo e ora possiamo realizzarli in una reazione poco costosa tra carbone e acido, seguito dalla separazione. E il carbone costa meno di 100 dollari a tonnellata".

I punti in questi esperimenti provengono tutti dal trattamento dell'antracite, una specie di carbone. I processi producono lotti di dimensioni specifiche comprese tra 4,5 e 70 nanometri di diametro.

I punti quantici di grafene sono fotoluminescenti, il che significa che emettono luce di una particolare lunghezza d'onda in risposta alla luce in entrata di una lunghezza d'onda diversa. La luce emessa varia dal verde (puntini più piccoli) al rosso arancio (puntini più grandi). Poiché il colore emesso dipende anche dalla dimensione dei punti, questa proprietà può anche essere regolata, Tour ha detto. Il laboratorio ha scoperto che i punti quantici che emettono luce blu erano i più facili da produrre dal carbone bituminoso.

I ricercatori hanno suggerito che i loro punti quantici potrebbero anche migliorare il rilevamento, applicazioni elettroniche e fotovoltaiche. Ad esempio, le reazioni catalitiche potrebbero essere migliorate manipolando i bordi reattivi dei punti quantici. La loro fluorescenza potrebbe renderli adatti per applicazioni di rilevamento di metalli o sostanze chimiche regolando per evitare interferenze con le emissioni dei materiali target.