Η βασική διαφορά μεταξύ των κουκκίδων άνθρακα και των κβαντικών κουκκίδων είναι ότι οι κουκκίδες άνθρακα είναι μικρά νανοσωματίδια άνθρακα, ενώ οι κβαντικές κουκκίδες είναι μικρά σωματίδια ημιαγωγών.
Τόσο οι κουκκίδες άνθρακα όσο και οι κβαντικές κουκκίδες εμπίπτουν στο πεδίο της κβαντικής μηχανικής. Αυτά είναι μικρά σωματίδια νανοκλίμακας.
Τι είναι τα Carbon Dots;
Οι κουκκίδες άνθρακα είναι μικρά νανοσωματίδια άνθρακα που έχουν κάποια μορφή επιφανειακής παθητικοποίησης. Το μέγεθός τους είναι μικρότερο από 10 nm. Αυτές οι κουκκίδες ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 2004 τυχαία μέσω καθαρισμού νανοσωλήνων άνθρακα μονού τοιχώματος.
Οι ιδιότητες των κουκίδων άνθρακα εξαρτώνται αποκλειστικά από τη δομή και τη σύνθεσή τους. Τις περισσότερες φορές, πολλά καρβοξυλικά τμήματα στην επιφάνεια των κουκίδων άνθρακα προσδίδουν εξαιρετική διαλυτότητα στο νερό και βιοσυμβατότητα. Αυτά τα τμήματα τείνουν να επιτρέπουν στις κουκκίδες άνθρακα να χρησιμεύσουν ως νανοσωματίδια που φέρουν πρωτόνια. Επιπλέον, αυτά τα σωματίδια είναι κατάλληλα για χημική τροποποίηση και παθητικοποίηση της επιφάνειας μαζί με διάφορα οργανικά, πολυμερή, ανόργανα ή βιολογικά υλικά.
Υπάρχουν δύο μέθοδοι σύνθεσης κουκκίδων άνθρακα. Αυτές οι δύο είναι η μέθοδος «από πάνω προς τα κάτω» και η μέθοδος «από κάτω προς τα πάνω». Μπορούμε να επιτύχουμε την παραγωγή των κουκκίδων άνθρακα μέσω αυτών των διεργασιών μέσω χημικών, ηλεκτροχημικών και φυσικών τεχνικών.
Εικόνα 01: Άνθρακες παρασκευασμένες από διαφορετικές πηγές
Η μέθοδος "από πάνω προς τα κάτω" περιλαμβάνει τη διάσπαση μεγάλων δομών άνθρακα (π.χ. γραφίτη, νανοσωλήνες άνθρακα και νανοδιαμάντι) σε κουκκίδες άνθρακα με τη χρήση αφαίρεσης με λέιζερ, εκκένωση τόξου και ηλεκτροχημική μέθοδο.
Η μέθοδος «από κάτω προς τα πάνω» για την παραγωγή κουκίδων άνθρακα περιλαμβάνει μικρές πρόδρομες ουσίες όπως υδατάνθρακες, κιτρικά άλατα και νανοσύνθετα πολυμερή πυριτία. Αυτές οι πηγές υφίστανται υδροθερμική/διαλυτοθερμική επεξεργασία, υποστηριζόμενες συνθετικές οδούς και συνθετικές οδούς μικροκυμάτων.
Τι είναι οι κβαντικές τελείες;
Οι κβαντικές κουκκίδες είναι μικρά σωματίδια ημιαγωγών σε κλίμακα νανομέτρων, με οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες που διαφέρουν από τα μεγάλα σωματίδια σύμφωνα με την κβαντομηχανική. Εάν παρατηρήσουμε κβαντικές κουκκίδες μέσω φωτισμού υπό υπεριώδες φως, ένα ηλεκτρόνιο στην κβαντική κουκκίδα τείνει να διεγείρεται σε μια κατάσταση με υψηλότερη ενέργεια. Αυτή η διαδικασία αντιστοιχεί στη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας όταν αφορά την ημιαγώγιμη κβαντική κουκκίδα. Τότε το διεγερμένο ηλεκτρόνιο μπορεί να πέσει πίσω στη ζώνη σθένους μέσω της απελευθέρωσης της ενέργειάς του μέσω της εκπομπής φωτός. Αυτή η εκπομπή φωτός ονομάζεται φωτοφωταύγεια και μπορούμε να την απεικονίσουμε ως εξής:
Εικόνα 02: Φωτοφωταύγεια κβαντικών κουκκίδων που δίνει διαφορετικά χρώματα από κβαντικές κουκκίδες με διαφορετικά μεγέθη
Συνήθως, οι ιδιότητες των κβαντικών κουκκίδων είναι ενδιάμεσες σε σχέση με εκείνες των ογκωδών ημιαγωγών και των διακριτών ατόμων ή μορίων. Επιπλέον, οι οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες των κβαντικών κουκκίδων αλλάζουν ως συνάρτηση τόσο του μεγέθους όσο και του σχήματος. Συνήθως, οι μεγάλες κβαντικές κουκκίδες εκπέμπουν μεγάλα μήκη κύματος και τα χρώματα που εκπέμπονται από αυτές τις κβαντικές κουκκίδες κυμαίνονται από πορτοκαλί έως κόκκινο. Αντίθετα, οι μικρές κβαντικές κουκκίδες τείνουν να εκπέμπουν μικρότερα μήκη κύματος προκαλώντας χρώματα όπως το μπλε και το πράσινο. Ωστόσο, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το χρώμα μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ακριβή σύνθεση της κβαντικής κουκκίδας.
Οι κύριες εφαρμογές των κβαντικών κουκκίδων περιλαμβάνουν την κατασκευή τρανζίστορ μονού ηλεκτρονίου, την παραγωγή ηλιακών κυττάρων, την παραγωγή LED, τις πηγές ενός φωτονίου, τον κβαντικό υπολογισμό, την έρευνα κυτταρικής βιολογίας, τη μικροσκοπία και την ιατρική απεικόνιση.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των κουκκίδων άνθρακα και των κβαντικών κουκκίδων;
Η βασική διαφορά μεταξύ των κουκκίδων άνθρακα και των κβαντικών κουκκίδων είναι ότι οι κουκκίδες άνθρακα είναι μικρά νανοσωματίδια άνθρακα, ενώ οι κβαντικές κουκκίδες είναι μικρά σωματίδια ημιαγωγών. Οι κουκκίδες άνθρακα χρησιμοποιούνται στη βιοαπεικόνιση, την ανίχνευση, τη διανομή φαρμάκων, την κατάλυση, την οπτρονική κ.λπ., ενώ οι κβαντικές κουκκίδες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τρανζίστορ μονού ηλεκτρονίου, την παραγωγή ηλιακών κυττάρων, την παραγωγή LED, τις πηγές ενός φωτονίου, τον κβαντικό υπολογισμό, την έρευνα κυτταρικής βιολογίας, μικροσκοπία και ιατρική απεικόνιση.
Το παρακάτω infographic παραθέτει τις διαφορές μεταξύ κουκκίδων άνθρακα και κβαντικών κουκκίδων σε μορφή πίνακα.
Σύνοψη – Carbon Dots vs Quantum Dots
Οι κουκκίδες άνθρακα και οι κβαντικές κουκκίδες εμπίπτουν στο πεδίο της κβαντικής μηχανικής. Αυτά είναι μικρά σωματίδια νανοκλίμακας. Η βασική διαφορά μεταξύ των κουκκίδων άνθρακα και των κβαντικών κουκκίδων είναι ότι οι κουκκίδες άνθρακα είναι μικρά νανοσωματίδια άνθρακα, ενώ οι κβαντικές κουκκίδες είναι μικρά σωματίδια ημιαγωγών.
