Forschung -

Umweltfreundliche Fotolumineszenz-Nanopartikel für klare Displayfarben

Die meisten aktuellen Displays repräsentieren nicht immer genau die Farben der Welt, wie wir sie mit den Augen wahrnehmen, sondern nur zu etwa 70 Prozent. Um bessere Displays mit echten Farben allgemein verfügbar zu machen, haben Forscher ihre Bemühungen auf Licht emittierende Nanopartikel konzentriert.

Solche Nanopartikel können auch in der medizinischen Forschung eingesetzt werden, um Medikamente bei der Entwicklung und Erprobung im Körper zu beleuchten und zu verfolgen.

Allerdings ist das Metall, auf dem diese Licht emittierenden Nanopartikel basieren, nämlich Kadmium, hochgiftig, was seine Anwendungen in der medizinischen Forschung und in Konsumgütern einschränkt - viele Länder könnten bald Verbote für toxische Nanopartikel einführen.

Deshalb ist es wichtig, dass Nanopartikel, die ähnliche Eigenschaften haben, nicht toxisch sind: Sie müssen sehr saubere Farben erzeugen und dies auf sehr energieeffiziente Weise.

Bisher ist es den Forschern gelungen, nicht-toxische Nanopartikel herzustellen, die Licht effizient emittieren, indem sie Halbleiter mit drei Elementearten, zum Beispiel Silber, Indium und Schwefel (in Form von Silber-Indium-Disulfid (AgInS2)), herstellten.

Doch die Farben, die sie emittieren, sind nicht rein genug - und viele Forscher erklärten, dass es für solche Nanopartikel unmöglich wäre, jemals reine Farben zu emittieren.

Jetzt haben Forscher der Universität Osaka bewiesen, dass es doch möglich ist, indem sie ein Halbleiternanopartikel mit Silber-Indiumdisulfid herstellten und eine Hülle aus einem Halbleitermaterial mit zwei verschiedenen Elementen, Gallium und Schwefel, hinzufügten.

Das Team war in der Lage, diese schalenbedeckten Nanopartikel reproduzierbar herzustellen, die sowohl energieeffizient sind als auch lebendige, saubere Farben ausstrahlen. Das Team veröffentlichte kürzlich seine Forschungsergebnisse in der Zeitschrift "NPG Asia Materials".

"Wir synthetisieren ungiftige Nanopartikel wie gewohnt: Alle Zutaten zusammenmischen und erhitzen. Die Ergebnisse waren nicht fantastisch, aber durch die Optimierung der Synthesebedingungen und die Modifizierung der Nanopartikelkerne und der Schalen, in die wir sie eingeschlossen haben, konnten wir fantastische Wirkungsgrade und sehr reine Farben erzielen", sagte Studienkoautor Susumu Kuwabata.

Nanopartikel in Halbleiterschalen einzuschließen ist nichts Neues, aber die derzeit verwendeten Schalen haben im Innern starr angeordnete Atome, während die neuen Partikel aus einem chaotischeren Material ohne eine derartig starre Struktur bestehen.

"Die Silber-Indiumdisulfidpartikel emittierten nach der Beschichtung mit Galliumsulfid reinere Farben. Darüber hinaus erschienen die Schalenteile in mikroskopischen Aufnahmen völlig amorph. Wir sind der Meinung, dass die weniger starre Natur des Schalenmaterials eine wichtige Rolle gespielt hat - es war anpassungsfähiger und daher in der Lage, energetisch günstigere Anpassungen vorzunehmen", sagte Erstautor Taro Uematsu.

Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass es möglich ist, kadmiumfreie, ungiftige Nanopartikel mit sehr guten Farbemissionseigenschaften durch die Verwendung amorpher Schalen um die Nanopartikelkerne herum herzustellen.

Der Artikel "Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III–VI semiconductor shells” wurde in NPG Asia Materials veröffentlicht.

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