Kluczowa różnica między kropkami węglowymi a kropkami kwantowymi polega na tym, że kropki węglowe to małe nanocząstki węglowe, podczas gdy kropki kwantowe to małe cząstki półprzewodnikowe.
Zarówno kropki węglowe, jak i kropki kwantowe wchodzą w zakres mechaniki kwantowej. Są to małe cząstki w nanoskali.
Co to są kropki węglowe?
Kropki węglowe to małe nanocząstki węglowe mające pewną formę pasywacji powierzchni. Ich rozmiar jest mniejszy niż 10 nm. Te kropki zostały odkryte po raz pierwszy w 2004 roku przypadkowo poprzez oczyszczenie jednościennych nanorurek węglowych.
Właściwości kropek węglowych zależą wyłącznie od ich struktury i składu. W większości przypadków wiele ugrupowań karboksylowych na powierzchni kropek węglowych zapewnia doskonałą rozpuszczalność w wodzie i biokompatybilność. Te ugrupowania mają tendencję do tego, aby kropki węglowe służyły jako nanocząstki przewodzące protony. Ponadto cząstki te nadają się do modyfikacji chemicznej i pasywacji powierzchni wraz z różnymi materiałami organicznymi, polimerowymi, nieorganicznymi lub biologicznymi.
Istnieją dwie metody syntezy kropek węglowych. Te dwie metody to metoda „odgórna” i „oddolna”. Możemy osiągnąć produkcję kropek węglowych za pomocą tych procesów za pomocą technik chemicznych, elektrochemicznych i fizycznych.
Rysunek 01: Kropki węglowe z różnych źródeł
Metoda „top-down” polega na rozbiciu dużych struktur węglowych (np. grafitu, nanorurek węglowych i nanodiamentu) na kropki węglowe za pomocą ablacji laserowej, wyładowania łukowego i metody elektrochemicznej.
Oddolna metoda wytwarzania kropek węglowych obejmuje małe prekursory, takie jak węglowodany, cytrynian i nanokompozyty krzemionki polimerowej. Źródła te poddawane są obróbce hydrotermalnej/solwotermicznej, wspieranym syntetycznym i mikrofalowym sposobom syntezy.
Co to są kropki kwantowe?
Kropki kwantowe to małe cząstki półprzewodnikowe w skali nanometrycznej, mające właściwości optyczne i elektroniczne, które różnią się od dużych cząstek zgodnie z mechaniką kwantową. Jeśli obserwujemy kropki kwantowe poprzez oświetlenie w świetle UV, elektron w kropce kwantowej ma tendencję do wzbudzania się do stanu o wyższej energii. Proces ten odpowiada przejściu elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w przypadku półprzewodnikowej kropki kwantowej. Następnie wzbudzony elektron może opaść z powrotem do pasma walencyjnego poprzez uwolnienie swojej energii poprzez emisję światła. Ta emisja światła nazywa się fotoluminescencją i możemy ją zilustrować w następujący sposób:
Rysunek 02: Fotoluminescencja kropek kwantowych dająca różne kolory z kropek kwantowych o różnych rozmiarach
Zwykle właściwości kropek kwantowych są pośrednie w stosunku do właściwości półprzewodników objętościowych i dyskretnych atomów lub molekuł. Ponadto właściwości optoelektroniczne kropek kwantowych zmieniają się w zależności od wielkości i kształtu. Zazwyczaj duże kropki kwantowe emitują fale o dużej długości, a kolory emitowane przez te kropki kwantowe wahają się od pomarańczowego do czerwonego. Natomiast małe kropki kwantowe mają tendencję do emitowania krótszych fal, co powoduje powstawanie kolorów takich jak niebieski i zielony. Możemy jednak zaobserwować, że kolor może się różnić w zależności od dokładnego składu kropki kwantowej.
Główne zastosowania kropek kwantowych obejmują produkcję tranzystorów jednoelektronowych, produkcję ogniw słonecznych, produkcję diod LED, źródła pojedynczych fotonów, obliczenia kwantowe, badania biologii komórki, mikroskopię i obrazowanie medyczne.
Jaka jest różnica między kropkami węglowymi a kropkami kwantowymi?
Kluczowa różnica między kropkami węglowymi a kropkami kwantowymi polega na tym, że kropki węglowe to małe nanocząstki węglowe, podczas gdy kropki kwantowe to małe cząstki półprzewodnikowe. Kropki węglowe są wykorzystywane w bioobrazowaniu, wykrywaniu, dostarczaniu leków, katalizie, optronice itp., podczas gdy kropki kwantowe są wykorzystywane w produkcji tranzystorów jednoelektronowych, produkcji ogniw słonecznych, produkcji diod LED, źródeł jednofotonowych, informatyce kwantowej, badaniach biologii komórki, mikroskopia i obrazowanie medyczne.
Poniższa infografika przedstawia różnice między kropkami węglowymi a kropkami kwantowymi w formie tabelarycznej.
Podsumowanie – kropki węglowe kontra kropki kwantowe
Kropki węglowe i kropki kwantowe wchodzą w zakres mechaniki kwantowej. Są to małe cząstki w nanoskali. Kluczowa różnica między kropkami węglowymi a kropkami kwantowymi polega na tym, że kropki węglowe to małe nanocząstki węglowe, podczas gdy kropki kwantowe to małe cząstki półprzewodnikowe.
