Avainero hiilipisteiden ja kvanttipisteiden välillä on, että hiilipisteet ovat pieniä hiilinanohiukkasia, kun taas kvanttipisteet ovat pieniä puolijohdehiukkasia.
Sekä hiilipisteet että kvanttipisteet kuuluvat kvanttimekaniikan alaan. Nämä ovat pieniä nanomittakaavan hiukkasia.
Mitä ovat hiilipisteet?
Hiilipisteet ovat pieniä hiilinanohiukkasia, joilla on jonkinlainen pinnan passivointi. Niiden koko on alle 10 nm. Nämä pisteet löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 2004 vahingossa puhdistettaessa yksiseinäisiä hiilinanoputkia.
Hiilipisteiden ominaisuudet riippuvat yksinomaan niiden rakenteesta ja koostumuksesta. Useimmiten monet karboksyyliosat hiilipisteiden pinnalla antavat erinomaisen vesiliukoisuuden ja biologisen yhteensopivuuden. Näillä osilla on taipumus sallia hiilipisteiden toimia protoneja johtavina nanohiukkasina. Lisäksi nämä hiukkaset soveltuvat kemialliseen modifiointiin ja pinnan passivointiin erilaisten orgaanisten, polymeeristen, epäorgaanisten tai biologisten materiaalien ohella.
Hiilipisteiden synteesimenetelmää on kaksi. Nämä kaksi ovat "ylhäältä alas" -menetelmä ja "alha alta ylös" -menetelmä. Voimme saavuttaa hiilipisteiden tuotannon näiden prosessien avulla kemiallisilla, sähkökemiallisilla ja fysikaalisilla tekniikoilla.
Kuva 01: Eri lähteistä valmistettuja hiilipisteitä
Ylhäältä alas -menetelmään kuuluu suurten hiilirakenteiden (esim. grafiitti, hiilinanoputket ja nanotimantti) hajottaminen hiilipisteiksi käyttämällä laserablaatiota, kaaripurkausta ja sähkökemiallista menetelmää.
Alha alta ylös -menetelmä hiilipisteiden tuotantoon sisältää pieniä esiasteita, kuten hiilihydraatteja, sitraattia ja polymeerisilikananokomposiitteja. Nämä lähteet läpikäyvät hydrotermisen/solvotermisen käsittelyn, tuetut synteettiset ja mikroa altosynteettiset reitit.
Mitä ovat kvanttipisteet?
Kvanttipisteet ovat nanometrin pieniä puolijohdehiukkasia, joiden optiset ja elektroniset ominaisuudet eroavat suurista hiukkasista kvanttimekaniikan mukaan. Jos tarkkailemme kvanttipisteitä valaistuksen kautta UV-valossa, kvanttipisteessä oleva elektroni pyrkii virittymään tilaan, jossa on korkeampi energia. Tämä prosessi vastaa elektronin siirtymistä valanssikaist alta johtavuuskaistalle, kun kyseessä on puolijohtava kvanttipiste. Sitten virittynyt elektroni voi pudota takaisin valenssikaistalle vapauttamalla energiansa valon emission kautta. Tätä valosäteilyä kutsutaan fotoluminesenssiksi, ja voimme havainnollistaa sitä seuraavasti:
Kuva 02: Kvanttipisteiden fotoluminesenssi, jotka antavat eri värejä kuin erikokoisista kvanttipisteistä
Yleensä kvanttipisteiden ominaisuudet ovat keskimääräisiä puolijohteiden ja erillisten atomien tai molekyylien ominaisuuksiin verrattuna. Lisäksi kvanttipisteiden optoelektroniset ominaisuudet muuttuvat sekä koon että muodon funktiona. Tyypillisesti suuret kvanttipisteet lähettävät pitkiä aallonpituuksia, ja näiden kvanttipisteiden lähettämät värit vaihtelevat oranssista punaiseen. Sitä vastoin pienet kvanttipisteet lähettävät yleensä lyhyempiä aallonpituuksia, jotka aiheuttavat värejä, kuten sinistä ja vihreää. Voimme kuitenkin havaita, että väri voi vaihdella kvanttipisteen tarkan koostumuksen mukaan.
Kvanttipisteiden tärkeimpiä sovelluksia ovat yksielektronisten transistorien valmistus, aurinkokennojen tuotanto, LEDien tuotanto, yhden fotonin lähteet, kvanttilaskenta, solubiologian tutkimus, mikroskopia ja lääketieteellinen kuvantaminen.
Mitä eroa hiilipisteillä ja kvanttipisteillä on?
Avainero hiilipisteiden ja kvanttipisteiden välillä on, että hiilipisteet ovat pieniä hiilinanohiukkasia, kun taas kvanttipisteet ovat pieniä puolijohdehiukkasia. Hiilipisteitä käytetään biokuvauksessa, anturissa, lääkkeiden toimittamisessa, katalyysissä, optroniikassa jne., kun taas kvanttipisteitä käytetään yksielektronitransistorien valmistuksessa, aurinkokennojen tuotannossa, LEDien tuotannossa, yhden fotonin lähteissä, kvanttilaskennassa, solubiologian tutkimuksessa, mikroskopia ja lääketieteellinen kuvantaminen.
Seuraava infografiikka luettelee hiilipisteiden ja kvanttipisteiden väliset erot taulukkomuodossa.
Yhteenveto – Carbon Dots vs Quantum Dots
Hiilipisteet ja kvanttipisteet kuuluvat kvanttimekaniikan alaan. Nämä ovat pieniä nanomittakaavan hiukkasia. avainero hiilipisteiden ja kvanttipisteiden välillä on, että hiilipisteet ovat pieniä hiilinanohiukkasia, kun taas kvanttipisteet ovat pieniä puolijohdehiukkasia.
