半导体纳米粒子

纳米粒子（或纳米粉末或纳米团簇或纳米晶体）是至少具有一个维度的微观粒子小于 100 纳米。纳米粒子具有重大的科学意义，因为它们实际上是大块材料与原子或分子结构之间的桥梁。纳米粒子相对于散装材料表现出许多特殊性质。许多其他材料的纳米粒子，包括金属、金属氧化物；提供碳化物、硼化物、氮化物、硅和其他元素半导体。
机理
它们独特的物理性质是由于原子驻留在表面。电子从价带激发到导带产生电子空穴对。复合可以通过辐射和非辐射两种方式发生，导致辐射复合到光子和非辐射复合到声子（晶格振动）。
此外，由于量子限制效应产生离散能量，带隙逐渐变大水平，而不是相应的散装材料中的连续带。此外，通过用保护基团钝化（封盖）“裸露”表面原子来为表面提供电子稳定性，可以克服粒子团聚的问题。封端剂通常采用与表面金属原子共价结合的路易斯碱化合物的形式。
纳米粒子的合成
有多种合成纳米颗粒的方法，合成技术取决于材料、所需尺寸、分散的数量和质量。
合成技术有气相（分子束、火焰合成等）和液相合成（水溶液和非水溶液）。半导体纳米颗粒的合成通常通过使用表面活性剂快速还原热有机物中的有机金属前体来实现。
很少有半导体纳米颗粒是：
II-VI：CdS、CdSe、PbS、ZnS
III-V： InP、InAs
MO：TiO2、ZnO、Fe2O3、PbO、Y2O3
应用
纳米粒子通常具有意想不到的光学特性，因为它们小到足以限制电子并产生量子效应。例如，金纳米粒子在溶液中呈深红色至黑色。黄金和灰色硅的纳米粒子呈红色。金纳米粒子在比金板 (1064 °C) 低得多的温度下熔化（2.5 nm 尺寸约为 300 °C）。由纳米颗粒组成的材料对太阳辐射的吸收比在连续材料片的薄膜中吸收的要高得多。在太阳能 PV 和太阳能热应用中，通过控制颗粒的尺寸、形状和材料，可以控制太阳能吸收。粘土纳米粒子在加入聚合物基质时会增加增强作用，从而产生更强的塑料，可通过更高的玻璃化转变温度和其他机械性能测试进行验证。这些纳米粒子很硬，并将它们的特性赋予聚合物（塑料）。纳米粒子也被附着在纺织纤维上，以制造智能和功能性的服装。
伦敦大学学院的研究人员在《科学》杂志上报道称，一种可喷涂或浸涂在涂层上的二氧化钛纳米粒子悬浮液各种硬质和软质表面，包括纸、布和玻璃，都能产生抗油且在空气中自清洁的超疏水涂层。涂层可抵抗摩擦、刮擦和表面污染，这些因素在大多数自清洁技术中往往会加剧。
他们进一步报告说，纳米颗粒添加剂表明，这是提高大型工业、商业和机构冷却系统能源效率的重大机遇被称为冷却器。
银纳米粒子具有独特的光学、电学和热学特性，并被纳入从光伏到生物和化学传感器的各种产品中。例子包括使用银纳米粒子的导电油墨、糊剂和填料，因为它们具有高导电性、稳定性和低烧结温度。其他应用包括分子诊断和光子设备，它们利用了这些纳米材料的新型光学特性。一个越来越普遍的应用是将银纳米颗粒用于抗菌涂层，现在许多纺织品、键盘、伤口敷料和生物医学设备都含有银纳米颗粒，这些银纳米颗粒会持续释放低水平的银离子以提供对细菌的保护。（查看更多信息： http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html#sthash.WGzJEuKE.dpuf)
胶体金纳米粒子已被艺术家使用了几个世纪，因为它们产生的鲜艳色彩与可见光的相互作用。最近，这些独特的光电子特性已被研究并用于高科技应用，例如有机光伏、传感探针、治疗剂、生物和医学应用中的药物输送、电子导体和催化。（更多信息见：http:/ /www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html#sthash.8pgtk6eI.dpuf)
Q-dots
半导体纳米粒子也称为 Q 点，通常是直径在 1 到 20 纳米范围内的材料粒子。
Q - 点的性质
量子点的量子产率通常高 20 倍，发射光谱更窄且更对称，对光漂白的稳定性高 100-1000 倍，对光/化学降解具有高抵抗力，波长范围可调400-4000 nm。
封盖量子点
由于纳米粒子的表面积极高，存在大量的“悬空键”，通过添加由更高带隙能半导体（或更小）组成的封端剂，可以消除悬空键并大幅增加量子屈服。添加 CdS/ZnS 后，量子产率可以从 ~5% 增加到 55%
应用
由于其独特的物理性质，在非线性光学、发光、电子学、催化、太阳能转换和光电子学等领域有许多潜在的应用。