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KIST、量子ドットの発光の強さを極大化した光素材を開発

ファンデルワールス力による量子ドット-シリカ結合技術を利用


韓国研究財団はKISTのウ・ギョンジャ博士研究チームがファンデルワールス力により量子ドットとシリカ粒子をハイブリッド結合することで発光の強さと安定性を大幅に向上させることに成功したと5月3日に発表した。

量子ドットはエネルギーを吸収して光を出す半導体ナノ粒子を指す。有機染料により優れた光安定性と色純度、光効率を発揮することから次世代発光素子の核心技術として注目されている。

だが量子ドットは互いに凝集してその特性を失うという問題点も合わせ持っている。したがって量子ドットより10倍以上大きい環境親和的なシリカの粒子の表面に均一に配列し、シリカコーティングで固定して凝集しないようにする技術が重要となる。これまでは量子ドットの表面を変える必要があったが工程も複雑で光の損失も小さくなかった。

研究チームは粒子の間に作用する弱い力である「ファンデルワールス力」を利用してハイブリッドすることで工程の簡便さはもちろん理論上の最高の発光の強さと安定性をもつ光素材を開発した。ファンデルワールス力は非常に弱いためハイブリッド粒子をつくることはできないと認識されてきた。だが研究チームは量子ドットとシリカの表面の接触面積を広げてファンデルワールス力を極大化した。

研究チームはヤモリが足の裏の微細な繊毛を利用して天井に逆さまに止まることができることに着想を得た。シリカの粒子の表面を凹凸のある疎水性のナノ構造にすると凹んだ部分にファンデルワールス力により疎水性量子ドットがはまりこんでコーティングできる。こうすることで量子ドット間の間隔が10nm以上均一に維持され、シリカをコーティングした後にも粒子間の凝集がほとんど起きない。

合成したハイブリッド粒子は量子ドットに比べて最大で690%増大した発光の強さを示し、そのメカニズムは屈折率の変化で説明できる。6Wの紫外線環境で量子ドットは2日後に完全に凝集して沈澱するが、ハイブリッド粒子は5日以上初期の光特性を維持できる。

研究に当ったウ・ギョンジャ博士は「最高の光特性を発揮できるよう量子ドットとシリカの粒子を物理的相互作用のみでハイブリッドする技術を開発した。開発した光素材はLED、ディスプレイ、バイオイメージング、センサーなどに応用できるものと期待される」と述べた。

研究成果は『Journal of Physical Chemistry Letters』に4月19日付で掲載された。





[2018-05-08]

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