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mmsabina

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[交流] 大阪大学等控制半导体纳米粒子直径，成功发出多种颜色的荧光

大阪大学研究生院工学研究系桑畑进教授、名古屋大学研究生院工学研究系鸟本司教授及日本爱德克（IDEC）的联合研究小组，通过采用光蚀刻方法控制（AgIn）xZn(1-2x)S（银·铟·锌·硫）这种新组成的半导体纳米粒子直径，令其成功地发出多种颜色的荧光。对分散有不同直径的AgInZnS半导体纳米粒子（粒径2～3nm）的溶液照射波长350nm的紫外光，即发出从绿到红各种颜色的荧光（图）。

　　该研究小组一直在进行利用光蚀刻法缩小粒子直径的研究开发，即使具有光催化剂反应性能的半导体纳米粒子分散到含氧弱酸溶液中，利用对溶液照射紫外光引起的光催化剂反应，使纳米粒子表面起氧化反应，发生氧化，并以氧化物离子的形式溶解到溶液中，从而缩小粒子直径。研究成果之一是，发现向碲化镉（CdTe）半导体纳米粒子照射紫外光，能够精密控制纳米粒子的直径。设计了将350nm左右的紫外光以nm为单位，一点点地改变波长，以相应于波长的半导体禁带宽度（价帯和导帯的带隙宽度）决定纳米粒子直径的“尺寸选择性光蚀刻法”。

　　例如以2nm为单位改变波长350nm左右紫外光的波长，直径较大的纳米粒子将氧化溶解，直径会一点点地变小。因直径减至与带隙相当的程度时溶解会停止，因此能够制造出特定直径的纳米粒子。桑畑教授表示，以2nm为单位改变波长时，“直径约以0.02nm为单位减小”。向直径差别极小的碲化镉纳米粒子照射紫外光，可发出从绿色到红色12个色级的荧光。例如，可在6个色级上发出不同颜色的绿色荧光。

　　实现了“尺寸选择性光蚀刻法”的碲化镉半导体，其组成元素镉（Cd）是欧洲06年7月开始实施的禁含特定有害物质的RoHS法所禁止的物质。因此，桑畑教授的研究小组探寻不含镉的半导体纳米粒子，成功地使AgInZnS半导体纳米粒子发出荧光。AgInZnS半导体的优点是，在碲化镉以外，实现了高达0.4以上的量子效率（1个光子的生成物比例）。

　　此次开发的AgInZnS半导体纳米粒子，略微改变决定（AgIn）xZn(1-2x)S组成的x，即可使荧光颜色呈现丰富的变化。照射波长350nm的紫外光时，X＝0.2为绿色，X＝0.35为黄色，X＝0.4为橙色，X＝0.5为红色，呈跳跃性变化。此次的研究成果，在确立可精密控制纳米粒子直径的半导体纳米粒子合成法方面具有创新性。

　　目前已证实，向掺入不同直径半导体纳米粒子的透明树脂照射紫外光，可发出绿色、黄色及红色等荧光。即使掺入代表性透明树脂聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂片材中仍确认能够发光。今后，将以开发发光元件等实用产品为目标，继续推进研究。从事共同研究的合作企业爱德克表示，“设想用于防止假冒产品的防伪标签等各种用途”。

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