فيزياء النقاط الكمومية الغروية. النقاط الكمية (QDs)

العديد من الطرق الطيفية التي ظهرت في النصف الثاني من القرن العشرين - مجهر الإلكترون والقوة الذرية ، مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ، مطياف الكتلة - بدت وكأنها أرسلت منذ فترة طويلة الفحص المجهري البصري التقليدي إلى التقاعد. ومع ذلك ، فقد أدى الاستخدام الماهر لظاهرة التألق إلى إطالة عمر "المخضرم" أكثر من مرة. هذه المقالة سوف تركز على النقاط الكمومية (البلورات النانوية شبه الموصلة الفلورية) ، والتي تبث قوة جديدة في الفحص المجهري البصري وجعلت من الممكن النظر إلى ما وراء حد الانعراج السيئ السمعة. الخصائص الفيزيائية الفريدة للنقاط الكمومية تجعلها مثالية للتسجيل متعدد الألوان فائق الحساسية للأجسام البيولوجية ، وكذلك للتشخيص الطبي.

تقدم الورقة فكرة عن المبادئ الفيزيائية التي تحدد الخصائص الفريدة للنقاط الكمومية ، والأفكار والآفاق الرئيسية لاستخدام البلورات النانوية ، وتوضح النجاحات التي تحققت بالفعل لتطبيقها في علم الأحياء والطب. تستند المقالة إلى نتائج البحث الذي تم إجراؤه في السنوات الأخيرة في مختبر الفيزياء الحيوية الجزيئية التابع لمعهد الكيمياء الحيوية العضوية المسمى باسم م. شيمياكين ويو. تهدف Ovchinnikov ، جنبًا إلى جنب مع جامعة ريمس وجامعة بيلاروسيا الحكومية ، إلى تطوير جيل جديد من تقنية العلامات الحيوية لمختلف مجالات التشخيص السريري ، بما في ذلك السرطان وأمراض المناعة الذاتية ، بالإضافة إلى إنشاء أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار النانوية للتسجيل المتزامن للعديد من المعلمات الطبية الحيوية. نُشرت النسخة الأصلية من العمل في مجلة Nature ؛ تعتمد المقالة إلى حد ما على الندوة الثانية لمجلس العلماء الشباب في IBCh RAS. - إد.

الجزء الأول نظري

الشكل 1. مستويات الطاقة المنفصلة في البلورات النانوية. أشباه الموصلات "الصلبة" ( اليسار) لها شريط تكافؤ وشريط توصيل مفصولة بشريط ممنوع ه ز... بلورات نانوية شبه موصلة ( على اليمين) يتميز بمستويات طاقة منفصلة مماثلة لمستويات الطاقة لذرة واحدة. في بلورة نانوية ه ز هي دالة في الحجم: تؤدي الزيادة في حجم البلورة النانوية إلى انخفاض في ه ز.

يؤدي تقليل حجم الجسيم إلى ظهور خصائص غير عادية للغاية للمادة التي صنع منها. والسبب في ذلك هو التأثيرات الميكانيكية الكمية التي تنشأ عندما تكون حركة حاملات الشحنة محدودة مكانيًا: تصبح طاقة الموجات الحاملة في هذه الحالة منفصلة. وعدد مستويات الطاقة ، كما تدرسه ميكانيكا الكم ، يعتمد على حجم "البئر المحتمل" ، وارتفاع الحاجز المحتمل وكتلة حامل الشحنة. تؤدي الزيادة في حجم "البئر" إلى زيادة عدد مستويات الطاقة ، والتي في نفس الوقت تصبح أقرب إلى بعضها البعض حتى يتم دمجها ويصبح طيف الطاقة "مستمرًا" (الشكل 1). يمكن تقييد حركة حاملات الشحنة في إحداثي واحد (تشكيل أفلام كمومية) ، أو في إحداثيتين (أسلاك أو خيوط كمومية) ، أو في جميع الاتجاهات الثلاثة - ستكون هذه النقاط الكمومية (CT).

البلورات النانوية شبه الموصلة هي هياكل وسيطة بين التجمعات الجزيئية والمواد "الصلبة". لم يتم تحديد الحدود بين المواد الجزيئية والبلورية والصلبة بشكل جيد ؛ ومع ذلك ، يمكن اعتبار النطاق من 100-10000 ذرة لكل جسيم تقريبًا "الحد الأعلى" للبلورات النانوية. يتوافق الحد الأعلى مع الأحجام التي يتجاوز فيها التباعد بين مستويات الطاقة طاقة الاهتزازات الحرارية كيلو تي (ك - ثابت بولتزمان ، تي - درجة الحرارة) عندما تصبح حاملات الشحن متحركة.

يتم تحديد مقياس الطول الطبيعي للمناطق الإلكترونية المثارة في أشباه الموصلات "المستمرة" بنصف قطر إكسيتون بور فأس، والتي تعتمد على قوة تفاعل كولوم بين الإلكترون ( ه) و الفجوة (ح). في البلورات النانوية ، بترتيب حجم x نفسه يبدأ في التأثير على تكوين الزوج هـ - ح ومن هنا حجم الإكسيتون. اتضح أنه في هذه الحالة يتم تحديد طاقات الإلكترون بشكل مباشر من خلال حجم البلورة النانوية - تُعرف هذه الظاهرة باسم "تأثير الحبس الكمومي". باستخدام هذا التأثير ، من الممكن التحكم في فجوة النطاق في البلورة النانوية ( ه ز) ، ببساطة عن طريق تغيير حجم الجسيمات (الجدول 1).

الخصائص الفريدة للنقاط الكمومية

كجسم مادي ، عُرفت النقاط الكمومية لفترة طويلة ، كونها أحد الأشكال التي تم تطويرها بشكل مكثف اليوم. الهياكل غير المتجانسة ... تتمثل إحدى ميزات النقاط الكمومية في شكل بلورات نانوية غروية في أن كل نقطة عبارة عن جسم معزول ومتحرك في مذيب. يمكن استخدام هذه البلورات النانوية لبناء العديد من المنتسبين ، والهجينة ، والطبقات المرتبة ، وما إلى ذلك ، على أساس أي عناصر من الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الضوئية ، والمجسات وأجهزة الاستشعار للتحليل في الأحجام الدقيقة للمادة ، ومختلف أجهزة الاستشعار الفلورية ، والمضيئة بالكيميائية ، والكهروضوئية النانوية المصممة.

سبب الاختراق السريع للبلورات النانوية شبه الموصلة في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا هو خصائصها البصرية الفريدة:

• ذروة مضان متناظرة ضيقة (على عكس الأصباغ العضوية ، والتي تتميز بوجود "ذيل" طويل الموجة ؛ الشكل 2 ، اليسار) ، يتم تنظيم موضعها باختيار حجم البلورة النانوية وتكوينها (الشكل 3) ؛
• نطاق إثارة واسع ، مما يجعل من الممكن إثارة بلورات نانوية بألوان مختلفة بمصدر إشعاع واحد (الشكل 2 ، اليسار). هذه الميزة أساسية عند إنشاء أنظمة تشفير متعددة الألوان ؛
• سطوع عالي من التألق ، تحدده قيمة الانقراض العالية وعائد الكم العالي (للبلورات النانوية CdSe / ZnS - حتى 70 ٪)
• ثبات ضوئي عالي بشكل فريد (الشكل 2 ، على اليمين) ، والذي يسمح باستخدام مصادر الإثارة عالية الطاقة.

الشكل 2. الخصائص الطيفية للنقاط الكمومية الكادميوم والسيلينيوم (CdSe). اليسار: يمكن إثارة البلورات النانوية ذات الألوان المختلفة بمصدر واحد (يُظهر السهم إثارة بواسطة ليزر الأرجون بطول موجة 488 نانومتر). يُظهر الشكل الداخلي مضان البلورات النانوية CdSe / ZnS بأحجام مختلفة (وبالتالي الألوان) متحمسًا بمصدر ضوء واحد (مصباح UV). على اليمين: النقاط الكمومية مستقر للغاية للضوء مقارنة بالصبغات الشائعة الأخرى التي تتحلل بسرعة تحت مصباح الزئبق في مجهر الفلورسنت.

الشكل 3. خصائص النقاط الكمومية من مواد مختلفة. أعلى: نطاقات الفلورة من البلورات النانوية المصنوعة من مواد مختلفة. أدناه: تغطي النقاط الكمومية CdSe ذات الأحجام المختلفة النطاق المرئي بأكمله من 460-660 نانومتر. أسفل اليمين: مخطط نقطة كمية مستقرة ، حيث يتم تغطية "اللب" بقشرة شبه موصلة وطبقة بوليمر واقية.

تكنولوجيا الإنتاج

يتم تصنيع البلورات النانوية عن طريق الحقن السريع للمركبات الأولية في وسط التفاعل عند درجة حرارة عالية (300-350 درجة مئوية) والنمو البطيء اللاحق للبلورات النانوية عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا (250-300 درجة مئوية). في وضع التوليف "البؤري" ، يكون معدل نمو الجزيئات الصغيرة أكبر من معدل نمو الجسيمات الكبيرة ، ونتيجة لذلك يتناقص الانتشار في أحجام البلورات النانوية.

تتيح لك تقنية التوليف الخاضعة للرقابة التحكم في شكل الجسيمات النانوية باستخدام تباين البلورات النانوية. يتوسط التركيب البلوري المميز لمادة معينة (على سبيل المثال ، التعبئة السداسية - wurzite - من سمات CdSe ، الشكل 3) اتجاهات النمو "المختارة" التي تحدد شكل البلورات النانوية. هذه هي الطريقة التي يتم الحصول عليها من nanorods أو tetrapods - بلورات نانوية ممدودة في أربعة اتجاهات (الشكل 4).

الشكل 4. الأشكال المختلفة من البلورات النانوية CdSe. اليسار: CdSe / ZnS بلورات نانوية كروية (نقاط كمومية) ؛ في المركز: على شكل قضيب (قضبان الكم). على اليمين: في شكل رباعيات الأرجل. (المجهر الإلكتروني للإرسال. التسمية - 20 نانومتر.)

معوقات التطبيق العملي

هناك عدد من القيود على طريقة التطبيق العملي للبلورات النانوية المصنوعة من أشباه الموصلات II - VI. أولاً ، يعتمد العائد الكمي للتألق فيها إلى حد كبير على خصائص البيئة. ثانيًا ، استقرار "نوى" البلورات النانوية في المحاليل المائية منخفض أيضًا. تكمن المشكلة في "العيوب" السطحية التي تلعب دور مراكز إعادة التركيب غير الإشعاعية أو "الفخاخ" للمتحمسين. هـ - ح بخار.

للتغلب على هذه المشاكل ، يتم وضع النقاط الكمومية في غلاف يتكون من عدة طبقات من مادة ذات فجوة واسعة. هذا يسمح لك بالعزل ه- ح زوج في النواة ، ويزيد من عمره ، ويقلل إعادة التركيب غير الإشعاعي ، وبالتالي يزيد العائد الكمي للفلورة والثبات الضوئي.

في هذا الصدد ، فإن البلورات النانوية الفلورية الأكثر استخدامًا الآن لها بنية أساسية / غلاف (الشكل 3). إن الإجراءات المطورة لتركيب البلورات النانوية CdSe / ZnS تجعل من الممكن تحقيق عائد كمي بنسبة 90٪ ، وهو قريب من أفضل الأصباغ الفلورية العضوية.

الجزء الثاني: تطبيق النقاط الكمومية على شكل بلورات نانوية غروانية

الفلوروفور في الطب وعلم الأحياء

تجعل الخصائص الفريدة لـ QDs من الممكن استخدامها في جميع الأنظمة تقريبًا لوضع العلامات وتصور الكائنات البيولوجية (باستثناء الملصقات الفلورية داخل الخلايا المعبر عنها وراثيًا - المعروفة على نطاق واسع ببروتينات الفلورسنت).

لتصور الكائنات أو العمليات البيولوجية ، يمكن إدخال QDs في الكائن مباشرة أو بجزيئات التعرف "المخيطة" (عادةً الأجسام المضادة أو oligonucleotides). تخترق البلورات النانوية وتوزع في جميع أنحاء الجسم وفقًا لخصائصها. على سبيل المثال ، تخترق البلورات النانوية ذات الأحجام المختلفة الأغشية البيولوجية بطرق مختلفة ، وبما أن الحجم يحدد لون التألق ، فإن مناطق الجسم المختلفة يتم تلوينها أيضًا بشكل مختلف (الشكل 5). إن وجود جزيئات التعرف على سطح البلورات النانوية يجعل من الممكن تنفيذ الربط المستهدف: الكائن المطلوب (على سبيل المثال ، الورم) ملون بلون معين!

الشكل 5. رسم الكائنات. اليسار: صورة الفلورسنت متحد البؤر متعدد الألوان لتوزيع النقاط الكمومية على خلفية البنية المجهرية للهيكل الخلوي الخلوي والنواة في خلايا THP-1 من البالعات البشرية. تظل البلورات النانوية ثابتة في الخلايا لمدة 24 ساعة على الأقل ولا تسبب اضطرابات في بنية الخلية ووظيفتها. على اليمين: تراكم البلورات النانوية "المترابطة" مع ببتيد RGD في منطقة الورم (السهم). إلى اليمين - التحكم ، أدخلت بلورات نانوية بدون ببتيد (CdTe nanocrystals ، 705 نانومتر).

الترميز الطيفي والرقائق الدقيقة السائلة

كما ذكرنا سابقًا ، فإن ذروة التألق في البلورات النانوية ضيقة ومتماثلة ، مما يجعل من الممكن بشكل موثوق به الفصل بين إشارة التألق للبلورات النانوية ذات الألوان المختلفة (حتى عشرة ألوان في النطاق المرئي). على العكس من ذلك ، فإن نطاق الامتصاص من البلورات النانوية واسع ، أي أنه يمكن إثارة البلورات النانوية من جميع الألوان بمصدر ضوء واحد. هذه الخصائص ، بالإضافة إلى ثباتها الضوئي العالي ، تجعل النقاط الكمومية مثالية لفلوروفورز للتشفير الطيفي متعدد الألوان للكائنات - على غرار الباركود ، ولكن باستخدام أكواد متعددة الألوان و "غير مرئية" تتألق في منطقة الأشعة تحت الحمراء.

في الوقت الحاضر ، يتم استخدام مصطلح "الرقائق الدقيقة السائلة" على نطاق واسع ، مما يسمح ، مثل الرقائق المسطحة الكلاسيكية ، حيث توجد عناصر الكشف على مستوى ، بتحليل معلمات متعددة في وقت واحد باستخدام الأحجام الدقيقة للعينة. يوضح الشكل 6. مبدأ التشفير الطيفي باستخدام الرقائق الدقيقة السائلة. ويحتوي كل عنصر من عناصر الرقاقة الدقيقة على كميات محددة من QDs لألوان معينة ، ويمكن أن يكون عدد المتغيرات المشفرة كبيرًا جدًا!

الشكل 6. مبدأ التشفير الطيفي. اليسار: رقاقة مسطحة "عادية". على اليمين: "رقاقة سائلة" ، يحتوي كل عنصر منها على كميات محددة من QDs لألوان معينة. متى ن مستويات شدة التألق و م ألوان العدد النظري للمتغيرات المشفرة ن م−1. لذلك ، بالنسبة لـ 5-6 ألوان و 6 مستويات شدة ، سيكون هذا 10000-40.000 خيار.

يمكن استخدام عناصر التتبع المشفرة هذه في وضع علامات مباشرة على أي كائنات (على سبيل المثال ، الأوراق المالية). عند تضمينها في مصفوفات البوليمر ، فإنها تكون ثابتة ومتينة للغاية. جانب آخر من التطبيق هو تحديد الكائنات البيولوجية في تطوير طرق التشخيص المبكر. تتمثل طريقة الإشارة والتعريف في حقيقة أن جزيء تمييز محدد مرتبط بكل عنصر مشفر طيفيًا في الشريحة الدقيقة. يحتوي المحلول على جزيء التعرف الثاني ، والذي يتم توصيل إشارة الفلوروفور به. يشير المظهر المتزامن لإضاءة الرقاقة الدقيقة وإشارة الفلوروفور إلى وجود الكائن المدروس في الخليط الذي تم تحليله.

يمكن استخدام قياس التدفق الخلوي لتحليل الجسيمات الدقيقة المشفرة أثناء التدفق. يمر المحلول الذي يحتوي على جزيئات دقيقة عبر قناة مشعة بالليزر ، حيث يتم تمييز كل جسيم طيفيًا. يتيح لك برنامج الجهاز تحديد وتمييز الأحداث المرتبطة بظهور مركبات معينة في العينة - على سبيل المثال ، علامات السرطان أو أمراض المناعة الذاتية.

في المستقبل ، يمكن إنشاء المحاليل الدقيقة على أساس البلورات النانوية الفلورية لأشباه الموصلات من أجل التسجيل المتزامن لعدد كبير من الكائنات.

مجسات جزيئية

يتيح استخدام QDs كمجسات قياس معلمات الوسيط في المناطق المحلية ، والتي يمكن مقارنة حجمها بحجم المسبار (مقياس نانومتر). يعتمد تشغيل أدوات القياس هذه على استخدام تأثير نقل طاقة الرنين Förster (FRET). يتمثل جوهر تأثير الحنق في أنه عندما يقترب جسمان (متبرع ومقبل) من بعضهما البعض ويتداخلان طيف التألق الأول من طيف الامتصاص ثانيًا ، تنتقل الطاقة بطريقة غير إشعاعية - وإذا استطاع المتقبل أن يتألق ، فسوف يتوهج بالانتقام.

لقد كتبنا بالفعل عن تأثير الحنق في المقالة " الروليت للمطياف » .

تجعل المعلمات الثلاثة للنقاط الكمومية مانحين جذابين للغاية في أنظمة FRET.

1. القدرة على تحديد الطول الموجي للانبعاث بدقة عالية للحصول على أقصى تداخل بين أطياف الانبعاث المانحة وإثارة المتقبل.
2. إمكانية إثارة كيو ديس مختلفة بنفس الطول الموجي لمصدر ضوء واحد.
3. إمكانية الإثارة في المنطقة الطيفية البعيدة عن الطول الموجي للانبعاث (الفرق\u003e 100 نانومتر).

هناك استراتيجيتان لاستخدام تأثير الحنق:

• تسجيل فعل التفاعل بين جزيئين بسبب التغييرات التوافقية في نظام المتبرع المتلقي و
• تسجيل التغييرات في الخصائص البصرية للمانح أو المستقبِل (على سبيل المثال ، طيف الامتصاص).

أتاح هذا النهج إمكانية تنفيذ مستشعرات نانوية لقياس الأس الهيدروجيني وتركيز أيونات المعادن في المنطقة المحلية للعينة. العنصر الحساس في هذا المستشعر عبارة عن طبقة من جزيئات المؤشر التي تغير الخصائص البصرية عند الارتباط بالأيون المسجل. نتيجة للاقتران ، يتغير تداخل مضان QD وأطياف امتصاص المؤشر ، مما يغير أيضًا كفاءة نقل الطاقة.

يتم تنفيذ النهج باستخدام التغييرات المطابقة في نظام متلقي المانحين في مستشعر درجة حرارة المقياس النانوي. يعتمد عمل المستشعر على تغير في درجة الحرارة في شكل جزيء البوليمر الذي يربط بين نقطة الكم والمقبض - الفلوري فائق السرعة. عندما تتغير درجة الحرارة ، تتغير المسافة بين المخمد والفلوروفيل وشدة التألق ، والتي يتم من خلالها التوصل إلى استنتاج حول درجة الحرارة.

التشخيص الجزيئي

يمكن تسجيل كسر أو تكوين رابطة بين المتبرع والمقبول بنفس الطريقة. يوضح الشكل 7 مبدأ "شطيرة" للتسجيل ، حيث يعمل الكائن المسجل كحلقة وصل ("محول") بين المتبرع والمقبول.

الشكل 7. مبدأ التسجيل باستخدام تنسيق FRET. إن تكوين اتحاد ("رقاقة سائلة") - (كائن مسجل) - (إشارة فلوروفور) يجعل المتبرع (بلورات نانوية) أقرب إلى المستقبل (صبغة AlexaFluor). في حد ذاته ، لا يثير إشعاع الليزر صبغ الفلورة ؛ تظهر إشارة الفلورسنت فقط بسبب نقل الطاقة الرنانة من البلورة النانوية CdSe / ZnS. اليسار: هيكل مترافق لنقل الطاقة. على اليمين: مخطط طيفي لإثارة الصبغة.

مثال على تنفيذ هذه الطريقة هو إنشاء مجموعة أدوات تشخيصية لأمراض المناعة الذاتية تصلب الجلد الجهازي (تصلب الجلد). هنا ، كان المتبرع عبارة عن نقاط كمومية بطول موجة مضان يبلغ 590 نانومتر ، وكان المستقبل عبارة عن صبغة عضوية - AlexaFluor 633. على سطح جسيم دقيق يحتوي على نقاط كمومية ، تم "تخييط" مستضد بجسم مضاد ذاتي - علامة تصلب الجلد. تمت إضافة الأجسام المضادة الثانوية المصبوغة إلى المحلول. في حالة عدم وجود هدف ، لا تقترب الصبغة من سطح الجسيمات الدقيقة ، ولا يوجد نقل للطاقة ، ولا تتألق الصبغة. ولكن إذا ظهرت الأجسام المضادة الذاتية في العينة ، فإن هذا يؤدي إلى تكوين معقد الصبغ الذاتي للجسيمات الدقيقة. نتيجة لنقل الطاقة ، يتم تحفيز الصبغة ، وتظهر إشارة التألق بطول موجي يبلغ 633 نانومتر في الطيف.

تكمن أهمية هذا العمل أيضًا في حقيقة أنه يمكن استخدام الأجسام المضادة الذاتية كعلامات تشخيصية في المرحلة الأولى من تطور أمراض المناعة الذاتية. "الرقائق الدقيقة السائلة" تجعل من الممكن إنشاء أنظمة اختبار حيث توجد المستضدات في ظروف طبيعية أكثر بكثير من تلك الموجودة على المستوى (كما هو الحال في الرقائق الدقيقة "العادية"). النتائج التي تم الحصول عليها بالفعل تفتح الطريق أمام إنشاء نوع جديد من الاختبارات التشخيصية السريرية على أساس استخدام النقاط الكمومية. كما أن تنفيذ الأساليب القائمة على استخدام المصفوفات الدقيقة السائلة المشفرة طيفيًا سيجعل من الممكن تحديد محتوى العديد من العلامات في وقت واحد في وقت واحد ، وهو الأساس لزيادة كبيرة في موثوقية نتائج التشخيص وتطوير طرق التشخيص المبكر.

الأجهزة الجزيئية الهجينة

تمهد القدرة على التحكم بمرونة في الخصائص الطيفية للنقاط الكمومية الطريق للأجهزة الطيفية النانوية. على وجه الخصوص ، جعلت QDs القائمة على الكادميوم التيلوريوم (CdTe) من الممكن توسيع الحساسية الطيفية بكتيريورودوبسين (bR) ، المعروف بقدرته على استخدام الطاقة الضوئية لـ "ضخ" البروتونات عبر الغشاء. (يتم استخدام التدرج الكهروكيميائي الناتج بواسطة البكتيريا لتصنيع ATP.)

في الواقع ، تم الحصول على مادة هجينة جديدة: ربط النقاط الكمومية بـ الغشاء الأرجواني - غشاء دهني يحتوي على جزيئات بكتيرية معبأة بكثافة - يوسع نطاق الحساسية للضوء للأشعة فوق البنفسجية والمناطق الزرقاء من الطيف ، حيث لا تمتص bR "العادي" الضوء (الشكل 8). آلية نقل الطاقة إلى بكتيريورودوبسين من نقطة كمومية تمتص الضوء في مناطق الأشعة فوق البنفسجية والأزرق هي نفسها: إنها الحنق ؛ متقبل الإشعاع في هذه الحالة شبكية العين هو نفس الصباغ الذي يعمل في مستقبلات الضوء رودوبسين.

الشكل 8. "ترقية" جرثوموبسين باستخدام النقاط الكمومية. اليسار: بروتيوليبوسوم يحتوي على بكتيريورودوبسين (على شكل قواطع) مع نقاط كمية CdTe "مخيط" عليها (كما هو موضح في المجالات البرتقالية). على اليمين: مخطط لتوسيع الحساسية الطيفية لـ bD بسبب QD: في الطيف المنطقة استيعاب CT موجود في أجزاء الأشعة فوق البنفسجية والأزرق من الطيف ؛ نطاق انبعاث يمكن "تخصيص" عن طريق اختيار حجم البلورة النانوية. ومع ذلك ، في هذا النظام ، لا يحدث انبعاث للطاقة عن طريق النقاط الكمومية: تنتقل الطاقة غير المشعة إلى بكتيريورودوبسين ، والذي يعمل (يضخ H + أيونات في الجسيم الشحمي).

البروتينات الدهنية ("فقاعات" دهنية تحتوي على هجين bR-QD) تم إنشاؤها على أساس هذه المادة التي تضخ البروتونات داخل نفسها تحت الإضاءة ، مما يؤدي إلى خفض درجة الحموضة بشكل فعال (الشكل 8). قد يشكل هذا الاختراع الذي يبدو غير ذي أهمية في المستقبل أساس الأجهزة الكهروضوئية والفوتونية ويجد تطبيقًا في مجال الطاقة الكهربائية وأنواع أخرى من التحويلات الكهروضوئية.

في الخلاصة ، يجب التأكيد على أن النقاط الكمومية في شكل بلورات نانوية غروية هي أكثر الأشياء الواعدة لتقنية النانو والبيونانو والبيوميد النانوية. بعد العرض الأول لإمكانات النقاط الكمومية مثل الفلوروفور في عام 1998 ، كان هناك هدوء لعدة سنوات مرتبط بتشكيل مناهج أصلية جديدة لاستخدام البلورات النانوية وإدراك الإمكانات التي تمتلكها هذه الكائنات الفريدة. لكن في السنوات الأخيرة ، كان هناك ارتفاع حاد: أدى تراكم الأفكار وتنفيذها إلى تحقيق اختراق في مجال إنشاء أجهزة وأدوات جديدة تعتمد على استخدام النقاط الكمومية لأشباه الموصلات في علم الأحياء والطب والإلكترونيات وتكنولوجيا الطاقة الشمسية وغيرها الكثير. بالطبع ، لا يزال هناك العديد من المشكلات التي لم يتم حلها على هذا المسار ، ولكن الاهتمام المتزايد ، والعدد المتزايد من الفرق العاملة على هذه المشكلات ، والعدد المتزايد من المنشورات المخصصة لهذا المجال ، يعطي الأمل في أن النقاط الكمومية ستصبح أساس التكنولوجيا والتقنيات للجيل القادم

تسجيل فيديو لـ V.A. اولينكوفا في الندوة الثانية لمجلس العلماء الشباب في IBCh RAS ، التي عقدت في 17 مايو 2012.

الأدب

1. Oleinikov V.A. (2010). النقاط الكمومية في علم الأحياء والطب. طبيعة. 3 , 22;
2. Oleinikov V.A.، Sukhanova A.V.، Nabiev I.R. (2007). البلورات النانوية أشباه الموصلات الفلورية في علم الأحياء والطب. تكنولوجيا النانو الروسية. 2 , 160–173;
3. أليونا سوخانوفا ، وليدي فينتيو ، وجيروم ديفي ، وميخائيل أرتيمييف ، وفلاديمير أولينيكوف ، وآخرون. آل .. (2002). البلورات النانوية الفلورية عالية الاستقرار كفئة جديدة من الملصقات للتحليل الكيميائي المناعي لأقسام الأنسجة المضمنة بالبارافين. استثمار معمل. 82 , 1259-1261;
4. سي بي موراي ، دي جي نوريس ، إم جي باوندي. (1993). تخليق وتوصيف CdE أحادي الانتشار تقريبًا (E \u003d الكبريت ، السيلينيوم ، التيلوريوم) أشباه الموصلات النانوية. جيه. تشيم. شركة. 115 , 8706-8715;
5. مارجريت إيه هاينز ، فيليب جويوت سيونست. (1998). بلورات ZnSe الغروية النانوية المضيئة باللون الأزرق الساطع. J. فيز. تشيم. ب. 102 , 3655-3657;
6. Manna L.، Scher E.C.، Alivisatos P.A. (2002). التحكم في شكل البلورات النانوية شبه الموصلة الغروية. J. العنقودية. علوم. 13 , 521–532;
7. جائزة نوبل الفلورية في الكيمياء ؛
8. إيغور نابيف ، سيوبان ميتشل ، أنتوني ديفيز ، إيفون ويليامز ، ديرموت كيليهر ، وآخرون. آل .. (2007). يمكن أن تستغل البلورات النانوية غير الوظيفية إحدى آلات النقل النشطة للخلية لتوصيلها إلى مقصورات نووية وسيتوبلازمية معينة. نانو ليت.. 7 , 3452-3461;
9. إيفون ويليامز ، وأليونا سوخانوفا ، ومايجورزاتا نووستوسكا ، وأنتوني إم ديفيز ، وسيوبهان ميتشل ، وآخرون. آل .. (2009). فحص حواجز المقياس النانوي داخل الخلايا الخاصة بنوع الخلية باستخدام مقياس نانو للأس الهيدروجيني مضبوط الحجم ؛
10. أليونا سوخانوفا ، وأندريه س.سوشا ، وألبان بيك ، وسيرجي مايلو ، وأندري إل روجاش ، وآخرون. آل .. (2007). Microbeads الفلورية المشفرة بالبلورات النانوية للبروتيوميات: تنميط الأجسام المضادة وتشخيص أمراض المناعة الذاتية. نانو ليت.. 7 , 2322-2327;
11. أليكساندرا راكوفيتش ، أليونا سوخانوفا ، نيكولاس بوكونفيل ، إيفجيني لوكاشيف ، فلاديمير أولينيكوف ، وآخرون. آل .. (2010). يعمل نقل طاقة الرنين على تحسين الوظيفة البيولوجية للبكتريورودوبسين داخل مادة هجينة مصنوعة من أغشية أرجوانية ونقاط الكم شبه الموصلة. نانو ليت.. 10 , 2640-2648;

إنتاج

النقاط الكمومية ذات الإشعاع المتدرج تدريجياً من البنفسجي إلى الأحمر الداكن

هناك عدة طرق لإعداد النقاط الكمومية ، أهمها تشمل الغرويات.

التوليف الغرواني

• يمكن أن ينشأ التركيز في النقاط الكمومية أيضًا من الجهود الكهروستاتيكية (الناتجة عن الأقطاب الكهربائية الخارجية أو المنشطات أو التشوه أو الشوائب).
• يمكن استخدام تقنية أشباه الموصلات ذات أكسيد الفلز التكميلي (CMOS) لتصنيع النقاط الكمومية للسيليكون. صغيرة جدًا (L \u003d 20 نانومتر ، W \u003d 20 نانومتر) ترانزستورات CMOS تتصرف مثل نقاط الكم الإلكترونية المفردة عند تشغيلها في درجات حرارة مبردة تتراوح من -269 درجة مئوية (4) إلى حوالي -258 درجة مئوية. ج (15). يعرض الترانزستور حصار كولوم بسبب الشحن التدريجي للإلكترونات واحدًا تلو الآخر. عدد الإلكترونات الموجودة في القناة مدفوع بجهد البوابة بدءًا من احتلال الإلكترون الصفري ، ويمكن ضبطه على 1 أو أكثر.

بناء الفيروسات

في 23 يناير 2013 ، دخلت داو في اتفاقية ترخيص حصرية مع شركة Nanoco في المملكة المتحدة لاستخدام طريقة البذر الجزيئي ذات درجة الحرارة المنخفضة لإنتاج كميات كبيرة من النقاط الكمومية للكادميوم للشاشات الإلكترونية ، وفي 24 سبتمبر 2014 ، بدأت داو عملياتها في منشأة الإنتاج في كوريا الجنوبيةقادرة على إنتاج ما يكفي من النقاط الكمومية لـ "ملايين أجهزة تلفزيون الكادميوم والأجهزة الأخرى مثل الأجهزة اللوحية". يجب أن يبدأ الإنتاج الضخم في منتصف عام 2015. 24 مارس 2015 أعلنت شركة Dow عن شراكة مع LG Electronics لتطوير استخدام النقاط الكمية الخالية من الكادميوم في شاشات العرض.

النقاط الكمومية الخالية من المعادن الثقيلة

العديد من مناطق العالم الآن لديها قيود أو حظر على استخدام المعادن الثقيلة في العديد من المنتجات المنزلية ، مما يعني أن معظم نقاط الكادميوم الكمومية غير مناسبة لتطبيقات المنتجات الاستهلاكية.

من أجل الجدوى التجارية ، النطاق محدود ، تم تطوير نقاط كمومية خالية من المعادن الثقيلة ، تظهر انبعاثات ساطعة في المناطق الطيفية المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء ولها خصائص بصرية مماثلة لتلك الخاصة بنقاط الكم CdSe. من بين هذه الأنظمة ، InP / ZnS و CuInS / ZnS ، على سبيل المثال.

يعد ضبط حجم النقاط الكمومية أمرًا جذابًا للعديد من التطبيقات المحتملة. لذلك ، على سبيل المثال ، النقاط الكمومية الأكبر لها تحول طيفي أكبر نحو اللون الأحمر مقارنة بالنقاط الأصغر ، وتظهر خصائص كمية أقل وضوحًا. من ناحية أخرى ، تسمح الجسيمات الصغيرة بتأثيرات كمومية أكثر دقة.

أحد تطبيقات النقاط الكمومية في علم الأحياء هو الفلوروفور المتبرع في نقل طاقة الرنين في فورستر ، حيث يجعل معامل الانقراض الكبير والنقاء الطيفي لهذه الفلوروفورات أعلى من جزيئات الفلور. البحث القائم على الحنق. تم مؤخرًا عرض قابلية تطبيق نموذج FRET ، الذي يشير إلى أنه يمكن تقريب نقطة الكم كنقطة ثنائية القطب.

يستخدم تطبيق النقاط الكمومية لاستهداف الورم في الجسم الحي مخططي استهداف: الاستهداف النشط والاستهداف السلبي. في حالة الاستهداف النشط ، يتم تفعيل النقاط الكمومية بمواقع ربط خاصة بالورم للربط الانتقائي بالخلايا السرطانية. يستخدم الاستهداف السلبي النفاذية المتزايدة والاحتفاظ بالخلايا السرطانية لتوصيل تحقيقات النقطة الكمومية. تميل الخلايا السرطانية سريعة النمو إلى امتلاك أغشية أكثر من الخلايا السليمة ، مما يسمح للجسيمات النانوية الصغيرة بالتسرب إلى جسم الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي الخلايا السرطانية على نظام تصريف ليمفاوي فعال ، مما يؤدي إلى تراكم الجسيمات النانوية اللاحقة.

تظهر مجسات النقطة الكمومية سمية في الجسم الحي. على سبيل المثال ، تعتبر البلورات النانوية CdSe شديدة السمية للخلايا المستنبتة تحت الضوء فوق البنفسجي لأن الجزيئات تذوب ، في عملية تعرف باسم التحلل الضوئي ، لإطلاق أيونات الكادميوم السامة في وسط الاستزراع. في حالة عدم وجود إشعاع فوق البنفسجي ، وجد أن النقاط الكمومية المغلفة بالراتنج غير سامة إلى حد كبير. يسمح تغليف النقاط الكمومية بالهيدروجيل بحقن النقاط الكمومية في محلول مائي مستقر ، مما يقلل من احتمالية تسرب الكادميوم ، ومرة \u200b\u200bأخرى ، لا يُعرف سوى القليل جدًا عن عملية إفراز النقاط الكمومية من الكائنات الحية.

في تطبيق محتمل آخر ، يتم التحقيق في النقاط الكمومية باعتبارها فلوروفور غير عضوي للكشف عن الورم أثناء العملية باستخدام التحليل الطيفي الفلوري.

كان توفير النقاط الكمومية السليمة في سيتوبلازم الخلايا مشكلة في الأساليب الحالية. أدت الأساليب القائمة على النواقل إلى تجميع وعزل داخلي للنقاط الكمومية بينما يمكن أن يؤدي التثقيب الكهربائي إلى إتلاف جزيئات أشباه الموصلات والنقاط المجمعة في العصارة الخلوية من خلال بثق الخلية ، يمكن استخدام النقاط الكمومية بكفاءة دون التسبب في تراكم المواد الفروية في الإندوسومات أو فقدان كبير لصلاحية الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، أوضح أنه يمكن العثور على النقاط الكمومية الفردية التي يتم تقديمها بواسطة هذا النهج في العصارة الخلوية للخلية ، مما يوضح إمكانات هذه التقنية لدراسات تتبع الجزيء الفردي.

الأجهزة الكهروضوئية

إن طيف الامتصاص القابل للضبط ومعاملات الامتصاص العالية للنقاط الكمية تجعلها جذابة لتقنيات التنظيف الخفيفة مثل الخلايا الضوئية. قد تكون النقاط الكمومية قادرة على تحسين الكفاءة وتقليل تكلفة خلايا السيليكون الكهروضوئية النموذجية الحالية. وفقًا للأدلة التجريبية من عام 2004 ، يمكن أن تنتج النقاط الكمومية لسيلينيد الرصاص أكثر من إكسيتون واحد من فوتون واحد عالي الطاقة من خلال عملية مضاعفة الناقل أو توليد الإكسيتون المتعدد (MEG). يُقارن هذا بشكل إيجابي بالخلايا الكهروضوئية الحديثة ، التي يمكنها التحكم فقط في إكسيتون واحد لطاقة فوتون عالية ؛ مع الطاقة الحركية العالية ، تفقد الناقلات طاقتها على شكل حرارة. من الناحية النظرية ، ستكون الخلايا الكهروضوئية ذات النقاط الكمية أرخص في التصنيع ، حيث يمكن تصنيعها "من خلال تفاعلات كيميائية بسيطة".

النقاط الكمومية فقط الألواح الشمسية

الأسلاك النانوية المطلية بالكم على أسلاك السيليكون النانوية (SiNW) ونقاط الكم الكربونية. يؤدي استخدام SiNWs بدلاً من السيليكون المسطح إلى تحسين خصائص مقاومة الانعكاس لـ Si. يُظهر SiNW تأثير ملائمة للضوء بسبب ضوء الملائمة في SiNW. هذا هو استخدام SiNWs بالاشتراك مع النقاط الكمومية الكربونية مما أدى إلى خلية شمسية وصلت إلى 9.10٪ PCE.

يعرض نقطة الكم

يتم تصنيف النقاط الكمومية للشاشات لأنها تبعث الضوء في توزيعات غاوسية محددة للغاية. يمكن أن يؤدي هذا إلى عرض بألوان أكثر دقة بشكل ملحوظ.

شبه الكلاسيكية

غالبًا ما يشتمل نموذج النقطة الكمومية شبه الكلاسيكية على إمكانات كيميائية. على سبيل المثال ، الكمون الكيميائي الديناميكي الحراري ن نظام الجسيمات

μ (N) \u003d E (N) - E (N - 1) (displaystyle mu (N) \u003d E (H) -E (N-1))

يمكن الحصول على شروط طاقتها كحلول لمعادلة شرودنغر. تحديد القدرة ،

1 C ≡ Δ B Δ Q (displaystyle (1 over C) (equiv Delta، B over Delta، Q)),

مع فرق محتمل

Δ V \u003d Δ μ e \u003d μ (N + Δ N) - μ (N) و (displaystyle Delta ، V \u003d (Delta ، mu ، over e) \u003d (mu (N) + \\ Delta \\، N) - \\ mu (N) \\ over e))

يمكن تطبيقها على نقطة كمومية عن طريق إضافة أو إزالة إلكترونات فردية ،

Δ N \u003d 1 (displaystyle Delta N \u003d 1)و. Δ س \u003d هـ (displaystyle Delta Q \u003d e) C (N) \u003d e 2 μ (N + 1) - μ (N) \u003d e 2 i (N) - A (N) (displaystyle C (H) \u003d (e ^ (2) over mu (N + 1) - \\ mu (N)) \u003d (e ^ (2) \\ over I (N) -A (N)))

هي "السعة الكمومية" للنقطة الكمية ، حيث نشير إليها في) إمكانية التأين و أ (ن) تقارب الكتروني ن أنظمة الجسيمات.

ميكانيكا كلاسيكية

النماذج الكلاسيكية للخصائص الكهروستاتيكية للإلكترونات في النقاط الكمومية قريبة في طبيعتها من مشكلة طومسون في التوزيع الأمثل للإلكترونات على وحدة المجال.

تقتصر المعالجة الكهروستاتيكية الكلاسيكية للإلكترونات على النقاط الكمية الكروية المشابهة لمعالجتها في ذرة طومسون ، أو البرقوق لنموذج الحلوى.

يُظهر العلاج الكلاسيكي لكل من النقاط الكمومية ثنائية وثلاثية الأبعاد سلوك ملء غلاف الإلكترون. وقد تم وصف "الجدول الدوري للذرات الاصطناعية الكلاسيكية" للنقاط الكمومية ثنائية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن العديد من المركبات بين مهام Thomson ثلاثية الأبعاد وأنماط ختم غلاف الإلكترون الموجودة في الطبيعة ، والتي نشأت الذرات الموجودة في جميع أنحاء الجدول الدوري. نشأ هذا العمل الأخير في المحاكاة الإلكتروستاتيكية الكلاسيكية للإلكترونات في نقطة كمومية كروية ، ممثلة بمجال عازل مثالي.

النقاط الكمومية

بلورات أشباه الموصلات يبلغ حجمها عدة نانومترات ، ويتم تصنيعها بطريقة الغروانية. النقاط الكمومية متوفرة على شكل نوى وبنية غير متجانسة. نظرًا لصغر حجمها ، تتمتع QDs بخصائص تختلف عن أشباه الموصلات السائبة. يؤدي الحد المكاني لحركة حاملات الشحنة إلى تأثير الحجم الكمي ، والذي يتم التعبير عنه في التركيب المنفصل للمستويات الإلكترونية ، وهذا هو سبب تسمية QDs أحيانًا بـ "الذرات الاصطناعية".

تعتمد النقاط الكمومية على الحجم و التركيب الكيميائي تمتلك تلألؤًا ضوئيًا في نطاقات الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة. نظرًا للتوحيد العالي في الحجم (أكثر من 95 ٪) ، فإن البلورات النانوية المقترحة لها أطياف انبعاث ضيقة (نصف عرض ذروة التألق 20-30 نانومتر) ، مما يوفر نقاء ألوان استثنائي.

يمكن توفير النقاط الكمومية كحلول في المذيبات العضوية غير القطبية مثل الهكسان أو التولوين أو الكلوروفورم أو كمساحيق جافة.

معلومة اضافية

تحظى النقاط الكمومية ذات الإضاءة الضوئية بأهمية خاصة ، حيث يؤدي امتصاص الفوتون إلى ظهور أزواج من الثقوب الإلكترونية ، وتؤدي إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب إلى التألق. هذه النقاط الكمومية لها ذروة مضان ضيقة ومتماثلة ، ويتم تحديد موضعها حسب حجمها. وبالتالي ، اعتمادًا على الحجم والتكوين ، يمكن أن تحتوي QDs على مضان في المناطق الطيفية للأشعة فوق البنفسجية أو المرئية أو الأشعة تحت الحمراء.

النقاط الكمومية التي تعتمد على كالكوجينيدات الكادميوم ، اعتمادًا على حجمها ، تتألق بألوان مختلفة

على سبيل المثال ، تتألق ZnS و CdS و ZnSe QDs في منطقة الأشعة فوق البنفسجية و CdSe و CdTe في المرئي و PbS و PbSe و PbTe في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة (700-3000 نانومتر). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام المركبات المذكورة أعلاه لإنشاء هياكل غير متجانسة قد تختلف خصائصها البصرية عن تلك الخاصة بالمركبات الأولية. الأكثر شيوعًا هو تنمية غلاف أشباه الموصلات واسع الفجوة على قلب أشباه الموصلات ضيق الفجوة ، على سبيل المثال ، يتم زراعة غلاف ZnS على قلب CdSe:

نموذج لهيكل نقطة كمومية تتكون من قلب CdSe مغطى بقشرة ZnS فوقية (نوع هيكل sphalerite)

تجعل هذه التقنية من الممكن زيادة استقرار QDs بشكل كبير للأكسدة ، بالإضافة إلى زيادة العائد الكمي للفلورة بشكل كبير عن طريق تقليل عدد العيوب على سطح النواة. السمة المميزة لـ QDs هي طيف الامتصاص المستمر (الإثارة الفلورية) في نطاق واسع من الطول الموجي ، والذي يعتمد أيضًا على حجم QD. هذا يجعل من الممكن إثارة نقاط كمية مختلفة في نفس الوقت بنفس الطول الموجي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن CT لديها سطوع أعلى واستقرار ضوئي أفضل من الفلوروفورات التقليدية.

تفتح هذه الخصائص البصرية الفريدة للنقاط الكمومية آفاقًا واسعة لاستخدامها كمستشعرات بصرية وعلامات الفلورسنت ومُحسِسات ضوئية في الطب ، وكذلك لتصنيع أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والخلايا الشمسية عالية الكفاءة ومصابيح LED الصغيرة ومصادر الضوء الأبيض والترانزستورات أحادية الإلكترون وغير الخطية - الأجهزة البصرية.

الحصول على النقاط الكمومية

هناك طريقتان رئيسيتان للحصول على النقاط الكمومية: التخليق الغرواني ، الذي يتم عن طريق خلط السلائف "في دورق" ، والتركيب ، أي نمو بلوري موجه على سطح الركيزة.

يتم تنفيذ الطريقة الأولى (التخليق الغرواني) في عدة إصدارات: عند درجة حرارة عالية أو درجة حرارة الغرفة ، في جو خامل في مذيبات عضوية أو في محلول مائي ، مع أو بدون سلائف فلزية عضوية ، مع أو بدون مجموعات جزيئية تسهل التنوي. للحصول على النقاط الكمومية ، نستخدم تخليقًا كيميائيًا عالي الحرارة يتم إجراؤه في جو خامل عن طريق تسخين السلائف غير العضوية المذابة في مذيبات عضوية عالية الغليان. هذا يجعل من الممكن الحصول على نقاط كمية ذات حجم موحد ذات عائد كمي مرتفع من التألق.

نتيجة للتوليف الغرواني ، يتم الحصول على بلورات نانوية مغطاة بطبقة من الجزيئات النشطة السطحية الممتصة:

تمثيل تخطيطي لنقطة كمية غروية لنوع القشرة الأساسية مع سطح كاره للماء. يُظهر البرتقالي قلبًا مصنوعًا من أشباه موصلات ضيقة الفجوة (على سبيل المثال ، CdSe) ، أحمر - غلاف من أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة (على سبيل المثال ، ZnS) ، أسود - غلاف عضوي من جزيئات نشطة السطح.

بسبب الغلاف العضوي الكارهة للماء ، يمكن إذابة النقاط الكمية الغروية في أي مذيبات غير قطبية ، ومع التعديل المناسب ، في الماء والكحول. ميزة أخرى للتوليف الغرواني هي القدرة على إنتاج النقاط الكمومية بكميات أقل من كيلوغرام.

الطريقة الثانية (epitaxy) - تكوين الهياكل النانوية على سطح مادة أخرى ، كقاعدة عامة ، يقترن باستخدام معدات فريدة ومكلفة ، بالإضافة إلى إنتاج نقاط كمومية "مرتبطة" بالمصفوفة. يصعب توسيع طريقة epitaxy إلى المستوى الصناعي ، مما يجعلها أقل جاذبية للإنتاج الضخم للنقاط الكمومية.

نبذة مختصرة

يشمل WRC:

تحتوي المذكرة التفسيرية على 63 صفحة ، 18 شكلًا ، 7 جداول ، 53 مصدرًا ؛

عرض 25 شريحة.

الطريقة الهيدروكيميائية للتخليق ، النقاط الكمية ، كبريتيد الرصاص ، كبريتيد الكادميوم ، محلول صلب ، مطياف الارتباط الفوتوني.

كان هدف التحقيق في هذا العمل هو النقاط الكمومية لمحلول صلب CdS و PbS و CdS-PbS المتحصل عليه عن طريق الترسيب الهيدروكيميائي.

الغرض من عمل التأهيل النهائي هذا هو الحصول على النقاط الكمومية الغروية CdS و PbS وفي نظام CdS-PbS عن طريق التخليق الهيدروكيميائي من الوسائط المائية ، وكذلك دراسة أحجام جسيماتها ودراسة اعتماد اللمعان على الأحجام.

يتطلب تحقيق هذا الهدف تحسين خليط التفاعل ودراسة التركيب والهيكل وحجم الجسيمات وخصائص المحاليل الغروانية المُصنَّعة.

لدراسة شاملة للنقاط الكمومية ، تم استخدام طريقة التحليل الطيفي لارتباط الفوتون. تمت معالجة البيانات التجريبية باستخدام تكنولوجيا الكمبيوتر وتحليلها.

الملخص 3

1- مراجعة الأدبيات

1.1. مفهوم "النقطة الكمومية" 7

1.2 تطبيق النقاط الكمومية 9

1.2.1 مواد الليزر 10

1.2.2. مواد لمصابيح LED 11

1.2.3 مواد الخلايا الشمسية 11

1.2.4 مواد للترانزستورات ذات التأثير الميداني 13

1.2.5 استخدام المؤشرات الحيوية 14

1.3 طرق تدريس النقاط الكمومية 15

1.4 خصائص النقاط الكمومية 18

1.5 طرق تحديد أحجام الجسيمات 21

1.5.1 ضوئي مضغوط 21 مقياس الطيف الضوئي

2-التجربة 25

2.1 طريقة التركيب الهيدروكيميائي 25

2.2 المواد الكيميائية 27

2.3 التخلص من محاليل النفايات 27

2.4 إجراء القياس باستخدام جهاز تحليل الجسيمات Photocor Compact 28

2.4.1 أساسيات تشتت الضوء الديناميكي (التحليل الطيفي للارتباط الفوتوني) 28

3. التجريبية 30

3.1 تركيب النقاط الكمومية على أساس كبريتيد الكادميوم 30

3.1.1 تأثير تركيز ملح الكادميوم على حجم جزيئات QD CdS 32

2.3 تركيب النقاط الكمومية القائمة على كبريتيد الرصاص

3.2.1 تأثير تركيز ملح الرصاص على حجم جزيئات QD PbS 34

3.3 توليف النقاط الكمومية بناءً على محلول CdS-PbS 35 الصلب

4. سلامة الحياة 39

4.1 مقدمة عن سلامة الحياة 39

4.2 عوامل الإنتاج الخطرة والخطيرة في المختبر 40

4.2.1 المواد الضارة 40

4.2.2 بارامترات المناخ 42

4.2.3 التهوية 43

4.2.5. الإضاءة 45

4.2.6 السلامة الكهربائية 46

4.2.7 السلامة من الحرائق 47

4.2.8 حالات الطوارئ 48

استنتاجات بشأن القسم BZD 49

5.2.4. 55- احتساب تكاليف خدمات الطرف الثالث

استنتاجات عامة 59

60- البيبليوغرافيا

المقدمة

النقطة الكمومية هي جزء من موصل أو شبه موصل ، حاملات الشحنة (الإلكترونات أو الثقوب) محدودة في الفضاء في جميع الأبعاد الثلاثة. يجب أن يكون حجم النقطة الكمومية صغيرًا جدًا بحيث تكون التأثيرات الكمية كبيرة. يتم تحقيق ذلك إذا كانت الطاقة الحركية للإلكترون أكبر بشكل ملحوظ من جميع مقاييس الطاقة الأخرى: في المقام الأول ، أكبر من درجة الحرارة المعبر عنها بوحدات الطاقة.

تظهر النقاط الكمومية ، اعتمادًا على حجمها وتركيبها الكيميائي ، تلألؤًا ضوئيًا في نطاقات الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة. نظرًا للتوحيد العالي في الحجم (أكثر من 95 ٪) ، فإن البلورات النانوية المقترحة لها أطياف انبعاث ضيقة (نصف عرض ذروة التألق 20-30 نانومتر) ، مما يوفر نقاء ألوان استثنائي.

تحظى النقاط الكمومية ذات الإضاءة الضوئية بأهمية خاصة ، حيث يؤدي امتصاص الفوتون إلى ظهور أزواج من الثقوب الإلكترونية ، وتؤدي إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب إلى التألق. هذه النقاط الكمومية لها ذروة مضان ضيقة ومتماثلة ، ويتم تحديد موضعها حسب حجمها. وبالتالي ، اعتمادًا على الحجم والتكوين ، يمكن أن تحتوي QDs على مضان في المناطق الطيفية للأشعة فوق البنفسجية أو المرئية أو الأشعة تحت الحمراء.

مراجعة أدبية

1. مفهوم "النقطة الكمومية"

النقاط الكمومية الغروية عبارة عن بلورات نانوية شبه موصلة بحجم في حدود 2-10 نانومتر ، تتكون من 10 3-10 5 ذرات ، تم إنشاؤها على أساس مواد شبه موصلة غير عضوية ، مغطاة بمثبت أحادي الطبقة ("طبقة" من الجزيئات العضوية ، الشكل 1). النقاط الكمومية أكبر حجمًا من المجموعات الجزيئية التقليدية للكيمياء (حوالي 1 نانومتر بمحتوى لا يزيد عن 100 ذرة). تجمع النقاط الكمومية الغروية بين المادية و الخواص الكيميائية الجزيئات ذات الخصائص الكهروضوئية لأشباه الموصلات.

الشكل 1.1 (أ) نقطة كمومية مغطاة "بطبقة" من المثبت ، (ب) تحول هيكل النطاق لأشباه الموصلات بحجم متناقص.

تلعب تأثيرات الحجم الكمي دورًا رئيسيًا في الخصائص الكهروضوئية للنقاط الكمومية. يختلف طيف الطاقة لنقطة الكم اختلافًا جوهريًا عن أشباه الموصلات السائبة. يتصرف الإلكترون في البلورة النانوية كما هو الحال في الجهد ثلاثي الأبعاد "البئر". هناك العديد من مستويات الطاقة الثابتة للإلكترون وثقب بمسافة مميزة بينهما ، حيث d هو حجم البلورة النانوية (نقطة الكم) (الشكل 1 ب). وبالتالي ، فإن طيف الطاقة لنقطة كمومية يعتمد على حجمها. على غرار الانتقال بين مستويات الطاقة في الذرة ، يمكن أن ينبعث الفوتون أو يمتص أثناء انتقال حاملات الشحنة بين مستويات الطاقة في نقطة كمومية. ترددات الانتقال ، أي من السهل التحكم في الطول الموجي للامتصاص أو التلألؤ عن طريق تغيير حجم النقطة الكمومية (الشكل 2). لذلك ، يشار إلى النقاط الكمومية أحيانًا باسم "الذرات الاصطناعية". فيما يتعلق بمواد أشباه الموصلات ، يمكن أن يسمى هذا القدرة على التحكم في فجوة النطاق الفعالة.

هناك خاصية أساسية أخرى تميز النقاط الكمومية الغروية عن المواد التقليدية شبه الموصلة - إمكانية الوجود في شكل حلول ، أو بشكل أكثر دقة ، في شكل سول. توفر هذه الخاصية نطاقًا واسعًا من الاحتمالات لمعالجة مثل هذه الأشياء وتجعلها جذابة للتكنولوجيا.

يوفر الاعتماد على حجم طيف الطاقة إمكانات هائلة للتطبيق العملي للنقاط الكمومية. يمكن أن تجد النقاط الكمومية تطبيقات في الأنظمة الكهروضوئية مثل الثنائيات الباعثة للضوء والألواح الباعثة للضوء المسطح والليزر والخلايا الشمسية والمحولات الكهروضوئية ، مثل الواسمات البيولوجية ، أي. حيثما تكون متغيرة ، فإن الخصائص البصرية لضبط الطول الموجي مطلوبة. في التين. يوضح الشكل 2 مثالاً على تألق عينات النقاط الكمومية لـ CdS:

الشكل 1.2 التألق لعينات من النقاط الكمومية CdS بحجم في حدود 2.0-5.5 نانومتر ، محضرة في شكل سول. فوق - لا توجد إضاءة ، تحت - إضاءة فوق بنفسجية.

تطبيق النقاط الكمومية

تتمتع النقاط الكمومية بإمكانيات كبيرة للتطبيقات العملية. هذا يرجع في المقام الأول إلى القدرة على التحكم في كيفية اختلاف فجوة النطاق الفعالة مع الحجم. في هذه الحالة ، ستتغير الخصائص البصرية للنظام: الطول الموجي اللامع ، منطقة الامتصاص. ميزة أخرى مهمة عمليًا للنقاط الكمومية هي القدرة على الوجود في شكل سول (حلول). هذا يجعل من السهل الحصول على طلاءات من أفلام النقاط الكمومية باستخدام طرق رخيصة ، على سبيل المثال ، طلاء بالدوران ، أو لتطبيق النقاط الكمومية باستخدام الطباعة النافثة للحبر على أي سطح. كل هذه التقنيات تجعل من الممكن تجنب تقنيات الفراغ باهظة الثمن ، التقليدية للهندسة الإلكترونية الدقيقة ، عند إنشاء أجهزة تعتمد على النقاط الكمومية. أيضًا ، نظرًا لتقنيات الحلول ، من الممكن إدخال النقاط الكمومية في المصفوفات المناسبة وإنشاء مواد مركبة. يمكن أن يكون التناظرية هو الموقف مع مواد الإنارة العضوية ، والتي تُستخدم لإنشاء أجهزة انبعاث للضوء ، مما أدى إلى طفرة في تقنية LED وظهور ما يسمى OLED.

مواد الليزر

تعد إمكانية تغيير الطول الموجي للإضاءة ميزة أساسية لإنشاء وسائط ليزر جديدة. في الليزر الموجود ، يعد الطول الموجي اللامع خاصية أساسية للوسيط وإمكانيات تباينه محدودة (تستخدم أشعة الليزر ذات الطول الموجي القابل للضبط الخصائص

الرنانات والآثار الأكثر تعقيدًا). ميزة أخرى للنقاط الكمومية هي ثباتها الضوئي العالي مقارنةً بالأصباغ العضوية. توضح النقاط الكمومية سلوك الأنظمة غير العضوية. تم توضيح إمكانية إنشاء وسائط ليزر بناءً على النقاط الكمومية CdSe من قبل مجموعة بحثية بقيادة فيكتور كليموف في مختبر لوس ألاموس الوطني بالولايات المتحدة الأمريكية. فيما يلي ، يتم عرض إمكانية الانبعاث المحفز للنقاط الكمية بناءً على مواد أشباه الموصلات الأخرى ، على سبيل المثال ، PbSe. تتمثل الصعوبة الرئيسية في العمر القصير للحالة المثارة في النقاط الكمومية والعملية الجانبية لإعادة التركيب ، والتي تتطلب كثافة عالية للمضخة. حتى الآن ، تمت ملاحظة كل من عملية التوليد القسري وتم إنشاء نموذج أولي لليزر الأغشية الرقيقة باستخدام ركيزة ذات محزوز حيود.

الشكل 1.3. استخدام النقاط الكمومية في الليزر.

مواد لمصابيح LED

تمثل إمكانية تغيير الطول الموجي للإضاءة وسهولة تكوين طبقات رقيقة بناءً على النقاط الكمومية فرصًا رائعة لإنشاء أجهزة انبعاث للضوء مع الإثارة الكهربائية - مصابيح LED. علاوة على ذلك ، من الأهمية بمكان إنشاء لوحات شاشة مسطحة ، وهو أمر مهم جدًا للإلكترونيات الحديثة. سيؤدي استخدام الطباعة النافثة للحبر إلى طفرة في

تقنية OLED.

لإنشاء الصمام الثنائي الباعث للضوء ، يتم وضع طبقة أحادية من النقاط الكمومية بين الطبقات ذات الموصلية من النوع p و n. يمكن أن تكون هذه مواد بوليمر موصلة ، والتي تم تطويرها جيدًا نسبيًا فيما يتعلق بتقنية OLED ، ويمكن أن تقترن بسهولة بالنقاط الكمومية. تعمل مجموعة بحثية بقيادة إم بولوفيك (إم آي تي) على تطوير تقنية لإنشاء أجهزة انبعاث للضوء.

عند الحديث عن مصابيح LED ، لا يسع المرء إلا أن يذكر المصابيح "البيضاء" ، والتي يمكن أن تكون بديلاً للمصابيح المتوهجة القياسية. يمكن استخدام النقاط الكمومية لتصحيح ضوء مصابيح LED لأشباه الموصلات. تستخدم هذه الأنظمة الضخ البصري للطبقة التي تحتوي على نقاط كمومية باستخدام مصباح LED أزرق أشباه الموصلات. تتمثل ميزة النقاط الكمومية في هذه الحالة في الإنتاجية الكمومية العالية ، والقدرة الضوئية العالية ، والقدرة على تكوين مجموعة متعددة المكونات من النقاط الكمومية بأطوال انبعاث مختلفة من أجل الحصول على طيف إشعاع أقرب إلى الطيف "الأبيض".

مواد الألواح الشمسية

يعد تكوين الخلايا الشمسية أحد المجالات الواعدة لتطبيق النقاط الكمومية الغروية. حاليًا ، تتمتع بطاريات السيليكون التقليدية بأعلى كفاءة تحويل (تصل إلى 25٪). ومع ذلك ، فهي باهظة الثمن والتقنيات الحالية لا تسمح بإنشاء بطاريات ذات مساحة كبيرة (أو أنها مكلفة للغاية في التصنيع). في عام 1992 ، اقترح M.Gratzel نهجًا لإنشاء الخلايا الشمسية يعتمد على استخدام 30 مادة ذات سطح محدد كبير (على سبيل المثال ، TiO2 النانوي). يتم تفعيل النطاق المرئي من الطيف عن طريق إضافة محسس ضوئي (بعض الأصباغ العضوية). يمكن أن تعمل النقاط الكمومية بشكل مثالي كمحسس ضوئي ، لأنها تسمح لك بالتحكم في موضع شريط الامتصاص. المزايا المهمة الأخرى هي معامل الانقراض العالي (القدرة على امتصاص جزء كبير من الفوتونات في طبقة رقيقة) واستقرار ضوئي مرتفع متأصل في نواة غير عضوية.

الشكل 1.4. استخدام النقاط الكمومية في الألواح الشمسية.

يؤدي الفوتون الذي تمتصه نقطة الكم إلى تكوين إلكترون وثقب مثقوب ضوئيًا ، والذي يمكن أن ينتقل إلى طبقات نقل الإلكترون والثقوب ، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. يمكن أن تعمل البوليمرات الموصلة من النوعين n و p من الموصلية مثل طبقات النقل ؛ في حالة طبقة نقل الإلكترون ، عن طريق القياس مع عنصر Gratzel ، من الممكن استخدام طبقات مسامية من أكاسيد المعادن. تتمتع هذه الخلايا الشمسية بميزة مهمة ، مثل إمكانية إنشاء عناصر مرنة عند تطبيق طبقات على ركائز البوليمر ، فضلاً عن رخصتها النسبية وسهولة تصنيعها. يمكن العثور على منشورات عن التطبيق المحتمل للنقاط الكمومية للخلايا الشمسية في أعمال P. Alivisatos و A. Nozic.

مواد للترانزستورات ذات التأثير الميداني

يعد استخدام صفائف النقاط الكمومية كطبقات موصلة في الإلكترونيات الدقيقة واعدًا للغاية ، حيث من الممكن استخدام تقنيات ترسيب "حلول" بسيطة ورخيصة. ومع ذلك ، فإن قابلية التطبيق محدودة حاليًا بسبب المقاومة العالية للغاية (~ 1012 أوم * سم) لطبقات النقاط الكمومية. أحد الأسباب هو المسافة الكبيرة (بالطبع ، وفقًا للمعايير المجهرية) بين النقاط الكمومية الفردية ، والتي عند استخدام المثبتات القياسية مثل أكسيد ثلاثي أوكتيل فوسفين أو حمض الأوليك ، تتراوح من 1 إلى 2 نانومتر ، وهي كبيرة جدًا بالنسبة للنفق الفعال لحاملات الشحنة. ومع ذلك ، عند استخدام جزيئات السلسلة الأقصر كمثبتات ، فمن الممكن تقليل المسافات بين الجسيمات إلى مستوى مقبول لنفق حاملات الشحنة (حوالي 0.2 نانومتر عند استخدام البيريدين أو الهيدرازين.

الشكل 1.5. استخدام النقاط الكمومية في ترانزستورات التأثير الميداني.

في عام 2005 ، قدم K. Murray و D. Talapin تقريراً عن إنشاء ترانزستور ذو تأثير حقل رقيق يعتمد على النقاط الكمومية PbSe باستخدام جزيئات الهيدرازين لتخميل السطح. كما هو موضح ، تعد كالكوجينيدات الرصاص واعدة لإنشاء طبقات موصلة بسبب ارتفاع ثابت العزل والكثافة العالية للحالات في نطاق التوصيل.

استخدم كمؤشرات حيوية

يعد إنشاء ملصقات الفلورسنت بناءً على النقاط الكمية أمرًا واعدًا للغاية. يمكن التمييز بين المزايا التالية للنقاط الكمومية على الأصباغ العضوية: القدرة على التحكم في الطول الموجي للتألق ، معامل الانقراض العالي ، القابلية للذوبان في مجموعة واسعة من المذيبات ، ثبات اللمعان لتأثير البيئة ، واستقرار ضوئي عالي. من الممكن أيضًا ملاحظة إمكانية التعديل الكيميائي (أو ، علاوة على ذلك ، البيولوجي) على سطح النقاط الكمومية ، مما يسمح بالارتباط الانتقائي بالأجسام البيولوجية. يوضح الشكل الأيمن تلطيخ عناصر الخلية باستخدام النقاط الكمومية القابلة للذوبان في الماء ، والمتألقة في النطاق المرئي. يوضح الشكل 1.6 مثالاً على استخدام التصوير المقطعي البصري غير المدمر. تم الحصول على الصورة في نطاق قريب من الأشعة تحت الحمراء باستخدام النقاط الكمومية مع التلألؤ في نطاق 800-900 نانومتر (نافذة شفافية الدم للحيوانات ذوات الدم الحار) تم حقنها في فأر.

الشكل 1.6 استخدام النقاط الكمومية كعناوين بيولوجية.

طرق تدريس النقاط الكمومية

في الوقت الحاضر ، تم تطوير طرق لإنتاج المواد النانوية سواء في شكل مساحيق نانوية أو في شكل شوائب في مصفوفات مسامية أو متجانسة. في هذه الحالة ، يمكن أن تعمل المغنطيسات الحديدية والمغناطيسية الحديدية والمعادن وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية وما إلى ذلك بمثابة أطوار نانوية. يمكن تقسيم جميع طرق الحصول على المواد النانوية إلى مجموعتين كبيرتين وفقًا لنوع تكوين الهياكل النانوية: تتميز الطرق "من أسفل إلى أعلى" بنمو الجسيمات النانوية أو تجميع الجسيمات النانوية من الذرات الفردية ؛ والطرق "من أعلى لأسفل" تعتمد على "تكسير" الجسيمات لحجم نانوي (الشكل 1.7).

الشكل 1.7. طرق الحصول على المواد النانوية.

يتضمن تصنيف آخر تقسيم طرق التوليف وفقًا لطريقة الحصول على الجسيمات النانوية وتثبيتها. المجموعة الأولى تشمل ما يسمى ب.

طرق عالية الطاقة تعتمد على التكثيف السريع للأبخرة في

الظروف باستثناء تراكم ونمو الجسيمات المشكلة. الرئيسية

الاختلافات بين طرق هذه المجموعة هي في طريقة التبخر وتثبيت الجسيمات النانوية. يمكن إجراء التبخير عن طريق البلازما-أرك أو الليزر أو الاستئصال

القوس الفولتى (سفينة الكربون) أو التأثيرات الحرارية. يحدث التكثيف في وجود مادة خافضة للتوتر السطحي ، حيث يؤدي امتصاصها على سطح الجسيمات إلى إبطاء النمو (محاصرة البخار) ، أو على ركيزة باردة ، عند النمو

الجسيمات محدودة بمعدل الانتشار. في بعض الحالات ، التكثيف

تتم في وجود مكون خامل ، مما يجعل من الممكن الحصول بشكل هادف على مواد متناهية الصغر ذات بنية مجهرية مختلفة. اذا كان

المكونات غير قابلة للذوبان بشكل متبادل ، ويمكن تغيير حجم الجسيمات من المركبات الناتجة عن طريق المعالجة الحرارية.

تتضمن المجموعة الثانية طرقًا ميكانيكية كيميائية (طحن بالكرة) ، والتي تجعل من الممكن الحصول على أنظمة نانوية عن طريق طحن المكونات غير القابلة للذوبان بشكل متبادل في المطاحن الكوكبية أو عن طريق تحلل المحاليل الصلبة باستخدام

تشكيل مراحل جديدة تحت تأثير الضغوط الميكانيكية. تعتمد المجموعة الثالثة من الأساليب على استخدام أنظمة محدودة مكانيًا - المفاعلات النانوية (المذيلات ، القطرات ، الأفلام ، إلخ). تتضمن هذه الطرق التوليف في المذيلات العكسية ، في أفلام Langmuir-Blodgett ، أو طبقات الامتصاص ، أو المفاعلات النانوية ذات المرحلة الصلبة. من الواضح أن حجم الجسيمات الناتجة لا يمكن أن يتجاوز

حجم المفاعل النانوي المقابل ، وبالتالي فإن الطرق المشار إليها تجعل من الممكن الحصول على أنظمة أحادية التشتت. أيضا ، باستخدام

تسمح المفاعلات النانوية الغروية للشخص بالحصول على جسيمات نانوية من مختلف الأشكال وتباين الخواص (بما في ذلك الصغيرة منها) ، وكذلك الجزيئات ذات الطلاء.

تُستخدم هذه الطريقة للحصول عمليًا على جميع فئات الهياكل النانوية - من المعدن أحادي المكون إلى أكسيد متعدد المكونات. يتضمن هذا أيضًا طرقًا تعتمد على تكوين جزيئات فائقة التشتت وغروانية في محاليل أثناء التكثيف المتعدد في وجود مواد خافضة للتوتر السطحي تمنع التجمع. من المهم أن تعتمد هذه الطريقة على تكامل الهيكل المتشكل مع القالب الأصلي الذي تستخدمه الحياة البرية لتكاثر وتشغيل الأنظمة الحية (على سبيل المثال ، تخليق البروتين ، وتكرار الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، وما إلى ذلك). تشتمل المجموعة الرابعة على طرق كيميائية للحصول على هياكل شديدة المسامية ومشتتة بدقة (معادن Rieke ، نيكل راني) ، استنادًا إلى إزالة أحد مكونات نظام متغاير متغاير نتيجة تفاعل كيميائي أو انحلال انوديك. تشمل هذه الطرق أيضًا الطريقة التقليدية لإنتاج المركبات النانوية عن طريق إخماد مصفوفة زجاجية أو ملح بمادة مذابة ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق محتويات نانوية لهذه المادة في المصفوفة (طريقة التبلور الزجاجي). في هذه الحالة ، يمكن تنفيذ إدخال المكون النشط في المصفوفة بطريقتين: عن طريق إضافته إلى المصهور ، متبوعًا بالإخماد ، والإدخال المباشر في المصفوفة الصلبة باستخدام غرس الأيونات.

خواص النقاط الكمومية

تجعل الخصائص البصرية الفريدة للنقاط الكمومية (QDs) مادة واعدة للاستخدام في مختلف المجالات. على وجه الخصوص ، هناك تطورات جارية على استخدام QDs في الثنائيات الباعثة للضوء ، والشاشات ، والليزر ، تعمل بالطاقة الشمسية ... بالإضافة إلى ذلك ، يمكن ربطها بجزيئات حيوية من خلال الترابط التساهمي بين مجموعات الروابط التي تغطي QDs والمجموعات الوظيفية للجزيئات الحيوية. على هذا النحو ، يتم استخدامها كعلامات الفلورسنت في مجموعة متنوعة من تطبيقات التحليل الحيوي ، من طرق الاختبار الكيميائي المناعي إلى تصوير الأنسجة وتتبع الأدوية في الجسم. يعد استخدام QDs في التحليل الحيوي حاليًا أحد المجالات الواعدة لتطبيق البلورات النانوية المضيئة. هذه الخصائص الفريدة من نوعها من QDs مثل اعتماد لون الانبعاث على الحجم ، واستقرار ضوئي عالي ، وأطياف امتصاص واسعة تجعلها الفلوروفورات مثالية لاكتشاف الأجسام البيولوجية فائقة الحساسية ومتعددة الألوان والتشخيصات الطبية التي تتطلب تسجيل العديد من المعلمات في وقت واحد.

QDs لأشباه الموصلات عبارة عن بلورات نانوية ، أبعادها في جميع الاتجاهات الثلاثة أصغر من نصف قطر Bohr exciton لمادة معينة. في مثل هذه الأجسام ، يُلاحظ تأثير الحجم: الخصائص البصرية ، ولا سيما فجوة النطاق (وبالتالي ، الطول الموجي للانبعاث) ومعامل الانقراض ، تعتمد على حجم الجسيمات النانوية وشكلها ، وبسبب هذا الحد المكاني الكبير ، فإن QDs لها خصائص بصرية وكيميائية فريدة:

ثبات ضوئي عالي ، مما يجعل من الممكن مضاعفة قوة الإشعاع المثار ومراقبة سلوك ملصق الفلورسنت في الوقت الفعلي لفترة طويلة.

طيف امتصاص واسع - نظرًا لأنه يمكن إثارة QDs ذات الأقطار المختلفة في وقت واحد بواسطة مصدر ضوء بطول موجة 400 نانومتر (أو آخر) ، بينما يختلف الطول الموجي المنبعث من هذه العينات في النطاق من 490 إلى 590 نانومتر (لون مضان من الأزرق إلى البرتقالي والأحمر) ...

متناظرة وضيقة (لا يتجاوز عرض الذروة عند نصف الحد الأقصى 30 نانومتر) تعمل ذروة مضان QD على تبسيط عملية الحصول على ملصقات متعددة الألوان.

إن سطوع توهج QDs مرتفع للغاية بحيث يتم اكتشافها كأجسام مفردة باستخدام مجهر مضان.

لاستخدام QDs في التحليل الحيوي ، يتم فرض متطلبات عليها تتعلق بقابلية الذوبان في الماء والتوافق الحيوي (نظرًا لأن اللب غير العضوي غير قابل للذوبان في الماء) ، بالإضافة إلى توزيع واضح لحجم الجسيمات واستقرار تخزينها. لإعطاء خصائص QDs القابلة للذوبان في الماء ، هناك عدة طرق للتوليف: إما أن QDs يتم تصنيعها مباشرة في المرحلة المائية ؛ أو QDs التي تم الحصول عليها في المذيبات العضوية يتم تحويلها بعد ذلك إلى محاليل مائية عن طريق تعديل طبقة الترابط التي تغطي QDs.

يتيح التوليف في المحاليل المائية الحصول على QDs المحبة للماء ؛ ومع ذلك ، من حيث عدد من الخصائص ، مثل العائد الكمومي الفلوري ، وتوزيع حجم الجسيمات ، واستقرار الوقت ، فهي أدنى بكثير من QDs لأشباه الموصلات التي تم الحصول عليها في المراحل العضوية. وبالتالي ، لاستخدامها كمؤشرات حيوية ، غالبًا ما يتم تصنيع QDs في درجات حرارة عالية في المذيبات العضوية وفقًا للتقنية التي تم تطبيقها لأول مرة في عام 1993 من قبل مجموعة البحث في Murray et al. يتمثل المبدأ الأساسي للتوليف في حقن محاليل سلائف المعدن Cd و chalcogen Se في مذيب تنسيق يتم تسخينه إلى درجات حرارة عالية. مع زيادة وقت العملية ، يتحول طيف الامتصاص إلى أطوال موجية أطول ، مما يشير إلى نمو بلورات CdSe.

نوى CdSe لها سطوع منخفض مضان - لا يتجاوز العائد الكمي (CV) ، كقاعدة عامة ، 5 ٪. لزيادة السيرة الذاتية والثبات الضوئي ، يتم طلاء نوى CdSe الفلورية بطبقة من أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة بهيكل وتكوين مماثل ، مما يؤدي إلى تخميل سطح النواة ، وبالتالي زيادة السيرة الذاتية للفلورة بشكل كبير. يعتبر وجود بنية بلورية مماثلة للقشرة والنواة شرطًا أساسيًا ، وإلا فلن يحدث نمو موحد ، ويمكن أن يؤدي الاختلاف في الهياكل إلى عيوب في حدود الطور. لتغطية نوى سيلينيد الكادميوم ، يتم استخدام أشباه الموصلات ذات الفجوة الأوسع ، مثل كبريتيد الزنك وكبريتيد الكادميوم وسيلينيد الزنك. ومع ذلك ، فإن كبريتيد الزنك ، كقاعدة عامة ، ينمو فقط على نوى صغيرة من سيلينيد الكادميوم (في د(قرص مضغوط)< 3 нм). Согласно , наращивание оболочки ZnS на ядрах CdSe большего диаметра затруднительно из-за большой разницы в параметрах кристаллических решёток CdSe и ZnS. Поэтому при наращивании ZnS непосредственно на ядрах CdSe диаметром более ~3 нм между ядром и сульфидом цинка помещают промежуточный слой – наращивают оболочку селенида цинка или сульфида кадмия, которые имеют промежуточные между CdSe и ZnS параметры кристаллической решётки и величину запрещённой зоны .

هناك طريقتان رئيسيتان لتحويل QDs الكارهة للماء إلى محاليل مائية: استبدال الترابط والطلاء بجزيئات البرمائية. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يكون طلاء QDs بقشرة أكسيد السيليكون فئة منفصلة.

طرق تحجيم الجسيمات

تتجلى الخصائص المذكورة أعلاه للنقاط الكمومية الغروية في وجود تأثير الحجم ؛ لذلك ، من الضروري قياس حجم الجسيمات.

في هذا SRS ، تم إجراء القياسات على أداة مضغوطة ضوئية مثبتة في قسم الفيزياء و الكيمياء الغروانية UrFU ، وكذلك في إعداد Zetasizer Nano Z في معهد كيمياء الحالة الصلبة ، فرع الأورال التابع لأكاديمية العلوم الروسية.

مقياس الطيف الضوئيضغط ضوئي

يظهر رسم تخطيطي لمطياف المختبر المضغوط في الشكل 1.8:

الشكل 1.8. رسم تخطيطي لمطياف ضوئي مضغوط.

يستخدم الجهاز ليزر ديود مستقر حرارياً بطول موجة λ \u003d 653.6 نانومتر. يمر شعاع الليزر من خلال عدسة التركيز L1 ، ذات البعد البؤري 90 مم ، ويتم جمعها على العينة قيد الدراسة ، حيث تتشتت بسبب التقلبات المجهرية للجسيمات النانوية. يُقاس الضوء المبعثر بزاوية قائمة ، ويمر عبر فتحة d \u003d 0.7 مم ، ويركز باستخدام عدسة L2 على الفتحة الثانية بمقدار 100 ميكرومتر ، ثم يُقسم إلى نصفين بواسطة مرآة شبه شفافة ويسقط على اثنين من PMTs. للحفاظ على تماسك المجموعة ، يجب أن يكون للثقب الموجود أمام PMT حجم من ترتيب منطقة Fresnel الأولى. في الأحجام الأصغر ، تنخفض نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، مع زيادة الحجم ، ويقل التماسك ، ويقل اتساع دالة الارتباط. في مطياف ضوئي مضغوط ، يتم استخدام اثنين من PMTs ، يتم قياس وظيفة الارتباط المتبادل لإشاراتهم ، وهذا يجعل من الممكن إزالة ضوضاء PMT ، نظرًا لأنها غير مترابطة ، وستكون وظيفة الارتباط المتبادل للإشارات مع PMT مكافئة لوظيفة الارتباط للضوء المنتشر. يتم استخدام رابط متعدد القنوات (288 قناة) ، يتم قراءة الإشارات منه بواسطة الكمبيوتر. يتم استخدامه للتحكم في الجهاز وعملية القياس ومعالجة نتائج القياس.

تم قياس الحلول الناتجة على مقياس طيف الارتباط. باستخدام برنامج Photocor ، يمكنك مراقبة تقدم القياسات والتحكم في أداة الارتباط. في القياسات ، يتم استخدام تقسيم إلى أجزاء من إجمالي وقت القياس ، ويتم تحليل وظائف الارتباط الناتجة وشدة التشتت ، وإذا كان متوسط \u200b\u200bالشدة في فاصل زمني معين أكبر من الآخر ، يتم تجاهل قياسات هذا الفاصل الزمني ، ويتم حساب متوسط \u200b\u200bالباقي. هذا يجعل من الممكن إزالة تشوهات وظيفة الارتباط بواسطة جزيئات الغبار النادرة (عدة ميكرون في الحجم).

يوضح الشكل 1.9 برنامج مطياف ارتباط برنامج Photocor:

الشكل 1.9 برمجيات مطياف ارتباط برامج الصور.

الرسوم البيانية 1 ، 2 ، 4 - وظائف الارتباط المقاسة على مقياس لوغاريتمي: 1 - cf يتم قياسها في وقت معين ، 2 - وظائف مقاسة ، 4 - يتم عرض دالة الارتباط الكلية ؛ 3 رسم بياني - درجة حرارة العينة ؛ 5 الرسم البياني - كثافة التشتت.

يتيح لك البرنامج تغيير شدة الليزر ودرجة الحرارة (3) ووقت قياس واحد وعدد القياسات. تعتمد دقة القياس على مجموعة هذه المعلمات.

تمت معالجة وظيفة الارتباط المتراكمة بواسطة برنامج DynaLS ، ويظهر برنامجها في الشكل 1.10:

الشكل: 1.10. برنامج معالجة الارتباط DynaLC.

1 - دالة الارتباط المقاسة ، بالتقريب النظري ؛ 2 - الفرق بين الدوال الأسية النظرية والمقاسة ؛ 3 - توزيع الحجم الذي تم الحصول عليه ، والذي تم العثور عليه عن طريق تقريب الوظيفة التجريبية النظرية ؛ 4 - جدول النتائج. في الجدول: العمود الأول هو عدد الحلول التي تم العثور عليها ؛ والثاني هو "مجال" هذه القرارات. الثالث هو المتوسط. الرابع هو القيمة القصوى ؛ الأخير هو انتشار الحل (خطأ). هناك أيضًا معيار يوضح مدى توافق المنحنى النظري مع المنحنى التجريبي.

التقنية التجريبية

طريقة التوليف الهيدروكيميائي

الترسيب الكيميائي من المحاليل المائية له جاذبية خاصة وآفاق واسعة من وجهة نظر النتائج النهائية. تتميز طريقة الترسيب الهيدروكيميائي بالإنتاجية العالية والاقتصاد ، وبساطة التصميم التكنولوجي ، وإمكانية تطبيق الجزيئات على الأسطح ذات الأشكال المعقدة وذات الطبيعة المختلفة ، فضلاً عن إشباع الطبقة بالأيونات العضوية أو الجزيئات التي لا تسمح بالتسخين بدرجة حرارة عالية ، وإمكانية التوليف "الكيميائي الناعم". يتيح لنا هذا الأخير اعتبار هذه الطريقة على أنها الطريقة الواعدة لإعداد مركبات الكالكوجينيدات المعدنية ذات البنية المعقدة ، والتي تتسم بطبيعتها الثابتة. يعتبر التوليف الهيدروكيميائي طريقة واعدة لتصنيع النقاط الكمومية من كبريتيدات المعادن ، والتي يحتمل أن تكون قادرة على توفير مجموعة متنوعة من خصائصها. يتم التوليف في حمام تفاعل يحتوي على ملح معدني ، وقلوي ، وكالوكوجينيزر وعامل معقد.

بالإضافة إلى الكواشف الرئيسية التي تشكل المرحلة الصلبة ، يتم إدخال الروابط القادرة على ربط أيونات المعادن في مجمعات قوية في المحلول. الوسط القلوي ضروري لتحلل الكالكوجينيزر. إن دور العوامل المعقدة في التركيب الهيدروكيميائي مهم للغاية ، حيث أن إدخالها يقلل بشكل كبير من تركيز أيونات المعادن الحرة في المحلول ، وبالتالي ، يبطئ عملية التركيب ، ويمنع الترسيب السريع للمرحلة الصلبة ، مما يضمن تكوين ونمو النقاط الكمومية. إن قوة تكوين أيونات المعادن المعقدة ، وكذلك الطبيعة الفيزيائية والكيميائية للرابط ، لها تأثير حاسم على عملية التركيب الهيدروكيميائي.

تستخدم KOH ، NaOH ، NH كقلويات 4 OH أو إيثيلين ديامين. أنواع مختلفة من الكالكوجينرز لها أيضًا بعض التأثير على الترسيب الهيدروكيميائي وعلى وجود المنتجات الثانوية التركيبية. اعتمادًا على نوع الكالكوجينيزر ، يعتمد التخليق على تفاعلين كيميائيين:

(2.1)

, (2.2)

أين أيون المعدن المعقد.

معيار تشكيل طور الكالكوجينيد المعدني غير القابل للذوبان هو التشبع الفائق ، والذي يُعرَّف بأنه نسبة المنتج الأيوني للأيونات التي تشكل النقاط الكمومية إلى ناتج قابلية الذوبان في المرحلة الصلبة. في المراحل الأولى من العملية ، يزداد تكوين النوى في المحلول وحجم الجسيمات بسرعة كبيرة ، وهو ما يرتبط بتركيزات عالية من الأيونات في خليط التفاعل. مع استنفاد المحلول بالنسبة لهذه الأيونات ، ينخفض \u200b\u200bمعدل تكوين المرحلة الصلبة حتى يتم الوصول إلى التوازن في النظام.

تم إصلاح إجراءات استنزاف الكواشف لتحضير محلول العمل بدقة. هذا ضروري لأن عملية ترسيب الكالكوجينيدات غير متجانسة ، ويعتمد معدلها على الظروف الأولية لتشكيل مرحلة جديدة.

يتم تحضير حل العمل عن طريق خلط الأحجام المحسوبة لمواد البداية. يتم تصنيع النقاط الكمومية في مفاعل زجاجي سعة 50 مل. أولاً ، يتم إدخال الحجم المحسوب لملح الكادميوم في المفاعل ، ثم يتم إدخال سترات الصوديوم وإضافة الماء المقطر. ثم يصنع المحلول قلويًا ، ويضاف إليه الثيوريا. لتحقيق الاستقرار في التركيب ، يتم إدخال الحجم المحسوب لـ Trilon B في خليط التفاعل ، ويتم تنشيط النقاط الكمية التي تم الحصول عليها في الضوء فوق البنفسجي.

تم تطوير هذه الطريقة في قسم الكيمياء الفيزيائية والغروية في جامعة الأورال الفيدرالية وكانت تستخدم بشكل أساسي للحصول على أغشية رقيقة من الكالكوجينيدات المعدنية والمحاليل الصلبة القائمة عليها. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات التي أجريت في هذا العمل قابلية تطبيقه لتركيب النقاط الكمومية على أساس كبريتيدات المعادن والحلول الصلبة القائمة عليها.

الكواشف الكيميائية

للتوليف الهيدروكيميائي للنقاط الكمومية CdS و PbS و Cd x Pb 1- x S ،

تم استخدام المواد الكيميائية التالية:

كلوريد الكادميوم CdCl 2 ، h ، 1 M ؛

خلات الرصاص Pb (CH 3 COO) 2 3H 2 0 ، h ، 1 M ؛

ثيوريا (NH 2) 2 CS ، h ، 1.5 M ؛

سترات الصوديوم Na 3 C 6 H 5 O 7 ، 1 M ؛

هيدروكسيد الصوديوم NaOH ، درجة تحليلية ، 5 م ؛

الفاعل بالسطح Praestol 655 VS ؛

السطحي ATM 10-16 (ألكيل C10-16 كلوريد ميثيل الأمونيوم Cl ، R \u003d C 10-C 16) ؛

ملح ثنائي إيثيلين أمينيتتراسيتيك حامض ثنائي الصوديوم

ج 10 H 14 O 8 N 2 Na 2 2H 2 0.1 M.

تم تحديد CMC للمثبتات باستخدام مقياس توصيل ANION.

التخلص من محاليل النفايات

تم تسخين المحلول المصفى بعد الترسيب الهيدروكيميائي ، والذي يحتوي على كادميوم قابل للذوبان وأملاح رصاص ، وعوامل معقدة ، وثيوريا ، إلى 353 كلفن ، تمت إضافة كبريتات النحاس إليه (105 جم لكل 1 لتر من خليط التفاعل ، وإضافة 1 جم لكل منهما حتى يظهر لون بنفسجي) ، وتم تسخينه حتى الغليان و صمدت فيفي غضون 10 دقائق. بعد ذلك ، يُترك الخليط عند درجة حرارة الغرفة لمدة 30-40 دقيقة ويتم ترشيح المادة المترسبة المتكونة ، والتي تم دمجها بعد ذلك مع المادة المترسبة التي تم ترشيحها في المرحلة السابقة. تم تخفيف المرشح المحتوي على مركبات معقدة بتركيز أقل من الحد الأقصى المسموح به بماء الصنبور وتصريفه في مجاري المدينة.

إجراء قياس محلل الجسيماتآلة تصويرالمدمج

محلل حجم الجسيمات Photocor Compact وهو مصمم لقياس حجم الجسيمات ومعامل الانتشار والوزن الجزيئي للبوليمرات. الجهاز مخصص للأبحاث الفيزيائية والكيميائية التقليدية ، وكذلك للتطبيقات الجديدة في تكنولوجيا النانو والكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية.

يعتمد مبدأ تشغيل محلل حجم الجسيمات على ظاهرة تشتت الضوء الديناميكي (طريقة التحليل الطيفي لارتباط الفوتون). يتيح قياس دالة الارتباط لتقلبات شدة الضوء المبعثر وشدة التشتت المتكاملة إمكانية العثور على حجم الجسيمات المشتتة في السائل والوزن الجزيئي لجزيئات البوليمر. نطاق الأحجام المقاسة يتراوح من كسور نانومتر إلى 6 ميكرون.

أساسيات تشتت الضوء الديناميكي (التحليل الطيفي لارتباط الفوتون)

يعتبر رابط Photocor-FC أداة متعددة الاستخدامات لقياس وظائف الارتباط الزمني. تصف دالة الارتباط المتبادل G 12 لإشارتين l 1 (t) و l 2 (t) (على سبيل المثال ، شدة تشتت الضوء) العلاقة (التشابه) بين إشارتين في المجال الزمني ويتم تعريفها على النحو التالي:

أين هو وقت التأخير. تشير أقواس الزاوية إلى المتوسط \u200b\u200bبمرور الوقت. تصف وظيفة الارتباط التلقائي العلاقة بين الإشارة I 1 (t) والنسخة المتأخرة من نفس الإشارة 1 2 (t +):

وفقًا لتعريف دالة الارتباط ، تشتمل خوارزمية عملية الارتباط على العمليات التالية:

تم تصميم رابط Photocor-FC خصيصًا لتحليل إشارات التحليل الطيفي لارتباط الفوتون (PCS). جوهر طريقة التكسير التحفيزي المائع هو كما يلي: عندما يمر شعاع الليزر عبر السائل الذي تم فحصه والذي يحتوي على جزيئات مشتتة معلقة ، يتشتت جزء من الضوء بواسطة تقلبات في تركيز عدد الجسيمات. تخضع هذه الجسيمات للحركة البراونية ، والتي يمكن وصفها بواسطة معادلة الانتشار. من حل هذه المعادلة ، يتم الحصول على تعبير يتعلق بنصف عرض طيف الضوء المتناثر Г (أو وقت الاسترخاء المميز للتقلبات T c) مع معامل الانتشار D:

حيث q هو معامل متجه الموجة للتقلبات التي يتشتت الضوء عليها. يرتبط معامل الانتشار D بنصف القطر الهيدروديناميكي للجسيمات R بواسطة معادلة أينشتاين-ستوكس:

حيث k هي ثابت Boltzmann ، T هي درجة الحرارة المطلقة ، - لزوجة القص للمذيب.

جزء تجريبي

1. توليف النقاط الكمومية على أساس كبريتيد الكادميوم

تعد دراسة النقاط الكمومية لـ CdS ، جنبًا إلى جنب مع PbS QDs ، الاتجاه الرئيسي لهذا SRS. هذا يرجع في المقام الأول إلى حقيقة أن خصائص هذه المادة أثناء التخليق الهيدروكيميائي تمت دراستها جيدًا ، وفي الوقت نفسه ، لا تُستخدم إلا قليلاً لتركيب QDs. تم إجراء سلسلة من التجارب للحصول على نقاط كمومية في خليط التفاعل بالتركيبة التالية ، مول / لتر: \u003d 0.01 ؛ \u003d 0.2 ؛ \u003d 0.12 ؛ [TM] \u003d 0.3. في هذه الحالة ، يتم تحديد تسلسل تصريف الكواشف بدقة: يضاف محلول سترات الصوديوم إلى محلول كلوريد الكادميوم ، ويخلط الخليط جيدًا حتى يذوب الراسب المتشكل ويخفف بالماء المقطر. بعد ذلك ، يتم جعل المحلول قلويًا باستخدام هيدروكسيد الصوديوم ويضاف إليه الثيوريا ، من هذه اللحظة يبدأ وقت التفاعل في العد. يضاف الأخير ، كمضاف استقرار ، أنسب عامل استقرار ، في هذه الحالة Trilon B (0.1M). تم تحديد الحجم المطلوب بشكل تجريبي. أجريت التجارب على درجة حرارة 298 كلفن ، وتم التنشيط في ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

تم حساب أحجام الكواشف المضافة وفقًا لقانون المكافئات باستخدام قيم التركيزات الأولية للمواد الأولية. تم اختيار وعاء التفاعل بحجم 50 مل.

تشبه آلية التفاعل آلية تكوين الأغشية الرقيقة ، ولكن على عكسها ، بالنسبة لتركيب QDs ، يتم استخدام وسط قلوي أكثر (الرقم الهيدروجيني \u003d 13.0) والمثبت Trilon B ، مما يؤدي إلى إبطاء التفاعل عن طريق تغليف جسيمات CdS ، ويسمح للفرد بالحصول على جزيئات صغيرة ( من 3 نانومتر).

في اللحظة الأولى ، يكون الحل شفافًا ، وبعد دقيقة تبدأ في التألق باللون الأصفر. عند تنشيطه في ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، يكون المحلول أخضرًا ساطعًا. عند اختيار التركيزات المثلى ، وكذلك المثبتات (في هذه الحالة ، Trilon B) ، يحتفظ المحلول بحجمه لمدة تصل إلى ساعة واحدة ، وبعد ذلك تتشكل التكتلات ويبدأ الراسب بالتشكل.

تم إجراء القياسات على محلل حجم الجسيمات مضغوط Photocor ؛ تم تنفيذ معالجة النتائج باستخدام برنامج DynaLS ، الذي يحلل وظيفة الارتباط ويعيد الحساب إلى متوسط \u200b\u200bنصف قطر الجسيمات في المحلول. في التين. يوضح الشكل 3.1 و 3.2 واجهة برنامج DynaLS ، وكذلك نتائج معالجة وظيفة الارتباط لقياس حجم جسيمات CdS QD:

الشكل 3.1. واجهة برنامج DynaLS عند إزالة وظيفة الارتباط لحل CdS QD.

الشكل 3.2. نتائج معالجة دالة الارتباط لحل CdS QD.

تين. يوضح الشكل 3.2 أن المحلول يحتوي على جسيمات نصف قطرها 2 نانومتر (قمة رقم 2) ، بالإضافة إلى تكتلات كبيرة. يتم عرض القمم من 4 إلى 6 مع وجود خطأ ، حيث لا توجد حركة الجسيمات البراونية فقط في المحلول.

تأثير تركيز ملح الكادميوم على حجم جزيئات QDقرص مضغوط

لتحقيق تأثير حجم النقاط الكمومية ، يجب اختيار التركيزات المثلى لكواشف البدء. في هذه الحالة ، يلعب تركيز ملح الكادميوم دورًا مهمًا ؛ لذلك ، من الضروري مراعاة التغييرات في حجم جزيئات CdS بتركيزات مختلفة من CdCl 2.

نتيجة لتغيير تركيز ملح الكادميوم ، تم الحصول على التبعيات التالية:

الشكل 3.3. تأثير تركيز ملح الكادميوم على حجم جزيئات QD CdS \u003d 0.005M (1) ، \u003d 0.01M (2) ، \u003d 0.02M.

يوضح الشكل 11 أنه مع حدوث تغيير في تركيز CdCl 2 ، هناك تغيير طفيف في حجم جسيمات CdS. ولكن نتيجة التجربة ، ثبت أنه من الضروري الحفاظ على نطاق التركيز الأمثل ، حيث تتشكل الجزيئات التي يمكن أن تخلق تأثير الحجم.

توليف النقاط الكمومية لكبريتيد الرصاص

كان الاتجاه الآخر المثير للاهتمام في SRS هو دراسة النقاط الكمومية بناءً على كبريتيد الرصاص. تمت دراسة خصائص هذه المادة أثناء التخليق الهيدروكيميائي وكذلك CdS جيدًا ؛ بالإضافة إلى أن كبريتيد الرصاص أقل سمية ، مما يوسع مجال تطبيقه في الطب. تم استخدام الكواشف التالية لتركيب QD PbS، mol / L: [PbAc 2] \u003d 0.05؛ \u003d 0.2 ؛ \u003d 0.12 ؛ [TM] \u003d 0.3. إجراء الصرف هو نفسه بالنسبة لصيغة CdS: يضاف محلول سترات الصوديوم إلى محلول الأسيتات ، ويخلط الخليط جيدًا حتى يذوب الراسب المتشكل ويخفف بالماء المقطر. بعد ذلك ، يتم جعل المحلول قلويًا باستخدام هيدروكسيد الصوديوم ويضاف إليه الثيوريا ، من هذه اللحظة يبدأ وقت التفاعل في العد. يضاف الأخير ، كمادة مضافة استقرار ، براستول الفاعل بالسطح. أجريت التجارب على درجة حرارة 298 كلفن ، وتم التنشيط في ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

في اللحظة الأولى من الوقت ، يكون خليط التفاعل شفافًا ، ولكن بعد 30 دقيقة يبدأ بالتحول ببطء ، يصبح المحلول بلون بيج فاتح. بعد إضافة البريستول والخلط ، لا يتغير لون المحلول. بعد 3 دقائق ، يكتسب المحلول توهجًا أصفر وأخضر ساطعًا في ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، ويمر ، كما في حالة CdS ، الجزء الأخضر من الطيف.

تم إجراء القياسات على محلل حجم مضغوط Photocor. تظهر دالة الارتباط ونتائج القياس في الشكل. 3.4 و 3.5 على التوالي:

الشكل 3.4. واجهة برنامج DynaLS عند إزالة وظيفة الارتباط لحل PbS QD.

الشكل: 3.5 نتائج معالجة دالة الارتباط لحل PbS QD.

تين. 13 أن المحلول يحتوي على جسيمات نصف قطرها 7.5 نانومتر ، بالإضافة إلى كتل يبلغ نصف قطرها 133.2 نانومتر. يتم عرض القمم المرقمة 2 و 3 مع وجود خطأ ، نظرًا لوجود ليس فقط الحركة البراونية في المحلول ، ولكن أيضًا مسار التفاعل.

تأثير تركيز ملح الرصاص على أحجام جزيئات QDPbS

كما في حالة تخليق المحاليل الغروية لـ CdS ، وفي تركيب حلول PbS ، يجب اختيار تركيزات كواشف البدء لتحقيق تأثير الحجم. دعونا نفكر في تأثير تركيز ملح الرصاص على حجم PbS QD.

نتيجة لتغيير تركيز ملح الرصاص ، تم الحصول على التبعيات التالية:

الشكل: 3.6 تأثير تركيز ملح الرصاص على حجم جزيئات QD PbS عند [PbAc 2] \u003d 0.05M (1) ، [PbAc 2] \u003d 0.01M (2) ، [PbAc 2] \u003d 0.02M.

تين. 14 أنه عند التركيز الأمثل لملح الرصاص (0.05 م) ، فإن أحجام الجسيمات لا تميل إلى النمو المستمر ، بينما عند تركيز ملح الرصاص يساوي 0.01 و 0.02 م ، هناك زيادة خطية تقريبًا في حجم الجسيمات. وبالتالي ، فإن التغيير في التركيز الأولي لملح الرصاص يؤثر بشكل كبير على تأثير حجم محاليل PbS QD.

توليف النقاط الكمومية على أساس المحلول الصلبقرص مضغوط- PbS

يعد تركيب النقاط الكمومية بناءً على الحلول الصلبة البديلة واعدًا للغاية ، لأنه يسمح بتغيير تكوينها وخصائصها الوظيفية ضمن حدود واسعة. يمكن للنقاط الكمومية التي تعتمد على الحلول الصلبة لاستبدال مركبات الكالكوجينيدات المعدنية أن توسع نطاق تطبيقها بشكل كبير. هذا صحيح بشكل خاص للحلول الصلبة مفرطة التشبع التي تكون مستقرة نسبيًا بسبب العوائق الحركية. لم نعثر على وصف للتجارب حول تخليق النقاط الكمومية بناءً على المحاليل الصلبة للكالكوجينيدات المعدنية في الأدبيات.

في هذا العمل ، ولأول مرة ، تم إجراء محاولة لتجميع ودراسة النقاط الكمومية بناءً على حلول صلبة مفرطة التشبع لاستبدال CdS - PbS من جانب كبريتيد الرصاص. من أجل تحديد خصائص المادة ، تم إجراء سلسلة من التجارب للحصول على نقاط كمومية في خليط التفاعل بالتركيبة التالية ، مول / لتر: \u003d 0.01 ؛ [PbAc 2] \u003d 0.05 ؛ \u003d 0.2 ؛ \u003d 4 ؛ [TM] \u003d 0.3. تتيح هذه الصيغة الحصول على محاليل صلبة مفرطة التشبع للاستبدال بمحتوى كبريتيد الكادميوم في تركيبتها من 6 إلى 8 مول٪.

في هذه الحالة ، يتم تحديد تسلسل تصريف الكواشف بدقة: في الوعاء الأول ، تتم إضافة سترات الصوديوم إلى محلول أسيتات الرصاص ، بينما يتم تكوين راسب أبيض ، والذي يذوب بسهولة ، ويخلط الخليط جيدًا ويخفف بالماء المقطر. في الوعاء الثاني ، يضاف محلول أمونيا مائي إلى محلول كلوريد الكادميوم. علاوة على ذلك ، يتم خلط الحلول ويتم إضافة الثيوريا إليها ، من هذه اللحظة يبدأ العد التنازلي لوقت رد الفعل. يضاف الأخير ، كمادة مضافة استقرار ، براستول الفاعل بالسطح. أجريت التجارب على درجة حرارة 298 كلفن ، وتم التنشيط في ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

بعد إضافة praestol ، لم يعد المحلول يتغير لونه ، في المنطقة المرئية يتوهج باللون البني. في هذه الحالة ، يبقى الحل واضحًا. عند تنشيطه بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، يبدأ المحلول في التألق بضوء أصفر ساطع ، وبعد 5 دقائق - أخضر ساطع.

بعد بضع ساعات ، تبدأ المادة المترسبة في التكون وتتشكل طبقة رمادية على جدران المفاعل.

أجريت دراسات حجم الجسيمات على جهاز ضوئي مضغوط. واجهة برنامج DynaLS مع وظيفة الارتباط ونتائج معالجتها موضحة في الشكل. 3.7 و 3.8 على التوالي:

الشكل 3.7. واجهة برنامج DynaLS عند استخدام وظيفة الارتباط لحل QD على أساس CdS-PbS TPP.

الشكل: 3.8 الشكل: 3.5 نتائج معالجة وظيفة الارتباط لحل QD استنادًا إلى CdS-PbS HRS.

تين. 3.8 يمكن ملاحظة أن المحلول يحتوي على جسيمات نصف قطرها 1.8 نانومتر (ذروة رقم 2) ، بالإضافة إلى تكتلات بنصف قطر 21.18 نانومتر. يتوافق الذروة رقم 1 مع تنوي مرحلة جديدة في الحل. هذا يعني أن رد الفعل يستمر. نتيجة لذلك ، يتم عرض القمتين 4 و 5 مع وجود خطأ ، نظرًا لوجود أنواع أخرى من حركة الجسيمات إلى جانب البراونيان.

عند تحليل البيانات التي تم الحصول عليها ، يمكننا القول بثقة أن الطريقة الهيدروكيميائية لتخليق النقاط الكمومية واعدة لإنتاجها. تكمن الصعوبة الرئيسية في اختيار المثبت لكواشف البدء المختلفة. في هذه الحالة ، يعتبر الفاعل بالسطح Praestol هو الأنسب للحلول الغروية لـ TPR استنادًا إلى CdS-PbS و QD على أساس كبريتيد الرصاص ، في حين أن Trilon B هو الأنسب لـ QD على أساس كبريتيد الكادميوم.

سلامة الحياة

1. مقدمة في قسم سلامة الحياة

سلامة الحياة (BZH) هي مجال المعرفة العلمية والتقنية التي تدرس الخطر والعواقب غير المرغوب فيها لتأثيرها على البشر والأشياء في البيئة وأنماط مظاهرها وطرق الحماية منها.

الغرض من السكك الحديدية البيلاروسية هو الحد من مخاطر الحدوث ، وكذلك للحماية من أي أنواع من المخاطر (طبيعية ، من صنع الإنسان ، بيئية ، بشرية المنشأ) التي تهدد الناس في الحياة اليومية ، في العمل ، في النقل ، في حالات الطوارئ.

الصيغة الأساسية للسكك الحديدية البيلاروسية هي تحذير وتوقع الخطر المحتمل الذي يوجد أثناء التفاعل البشري مع البيئة.

وبالتالي ، فإن السكك الحديدية البيلاروسية تحل المهام الرئيسية التالية:

تحديد (الاعتراف والتقييم الكمي) لنوع الآثار البيئية السلبية ؛

الحماية من المخاطر أو منع تأثير بعض العوامل السلبية على الإنسان والبيئة ، بناءً على مقارنة التكاليف والفوائد ؛

القضاء على العواقب السلبية للتعرض للعوامل الخطرة والضارة ؛

خلق حالة طبيعية ، أي حالة مريحة للبيئة البشرية.

في حياة الإنسان الحديث ، تأخذ المشاكل المرتبطة بسلامة الحياة مكانًا متزايدًا. لخطر و عوامل ضارة من أصل طبيعي ، تمت إضافة العديد من العوامل السلبية ذات الأصل البشري (الضوضاء ، الاهتزاز ، الإشعاع الكهرومغناطيسي ، إلخ). ظهور هذا العلم هو حاجة موضوعية للمجتمع الحديث.

عوامل الإنتاج الضارة والخطيرة في المختبر

وفقًا لـ GOST 12.0.002-80 SSBT ، فإن عامل الإنتاج الضار هو عامل يمكن أن يؤدي تأثيره على العامل في ظل ظروف معينة إلى المرض ، وانخفاض الأداء و (أو) التأثير السلبي على صحة النسل. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يصبح العامل الضار خطيرًا.

عامل الإنتاج الخطير هو أحد العوامل ، حيث يؤدي تأثيره على العامل في ظروف معينة إلى الإصابة أو التسمم الحاد أو أي تدهور حاد مفاجئ في الصحة أو الوفاة.

وفقًا لـ GOST 12.0.003-74 ، يتم تقسيم جميع عوامل الإنتاج الخطرة والضارة حسب طبيعة الإجراء إلى المجموعات التالية: المادية ؛ المواد الكيميائية؛ بيولوجي؛ نفسية فيزيولوجية. في المختبر الذي تم إجراء البحث فيه ، يوجد SanPiN فيزيائي وكيميائي 2.2.4.548-96.

مواد مؤذية

مادة ضارة - مادة يمكن أن تسبب ، عند ملامستها لجسم الإنسان ، إصابات أو أمراضًا أو تشوهات في الحالة الصحية ، يتم الكشف عنها بالطرق الحديثة سواء في عملية التلامس معها أو في فترات الحياة البعيدة للأجيال الحالية واللاحقة. وفقًا لـ GOST 12.1.007-76 نظام معايير السلامة المهنية ، يتم تقسيم المواد الخطرة إلى أربع فئات للمخاطر وفقًا لدرجة التأثير على الجسم:

أنا - المواد خطيرة للغاية ؛

II - مواد شديدة الخطورة ؛

ثالثا - مواد خطرة بشكل معتدل ؛

رابعا - المواد منخفضة الخطورة.

يُفهم الحد الأقصى المسموح به للتركيز (MPC) على أنه تركيز للعناصر الكيميائية ومركباتها في البيئة ، والتي عندما تتعرض لجسم الإنسان يوميًا لفترة طويلة ، لا تسبب تغيرات مرضية أو أمراضًا أنشأتها طرق البحث الحديثة في أي وقت من حياة الأجيال الحالية واللاحقة.

عند القيام بالعمل في مختبر أنظمة الأكسيد ، يتم استخدام المواد الضارة الموضحة في الجدول. 4.1 ، لتقليل تركيز أبخرتها في الهواء ، يتم تشغيل تهوية العادم ، مما يقلل من المحتوى مواد مؤذية إلى مستوى آمن وفقًا لـ GOST 12.1.005-88 SSBT.

الجدول 4.1 - MPC للمواد الضارة في هواء منطقة العمل

حيث: + - المركبات ، عند العمل التي تتطلب حماية خاصة للبشرة والعينين ؛

يتراكم الكادميوم ، بغض النظر عن نوع المركب ، في الكبد والكلى مسبباً الضرر. يقلل من نشاط أنزيمات الجهاز الهضمي.

عندما يتراكم الرصاص في الجسم ، يكون للرصاص تأثيرات معاكسة على الجهاز العصبي ، وأمراض الدم ، والغدد الصماء ، ومسببة للسرطان. يعطل وظائف الكلى.

مادة Thiocarbamide مهيجة للجلد وسامة لأجهزة المناعة القلبية الوعائية والأعضاء التناسلية.

قد يسبب Trilon B تهيج الجلد والأغشية المخاطية للعينين والجهاز التنفسي.

هيدروكسيد الصوديوم مادة أكالة للعينين والجلد والجهاز التنفسي. أكالة إذا ابتلعت. استنشاق الهباء الجوي يسبب الوذمة الرئوية.

حمض الأوليك سام. لها تأثير مخدر ضعيف. التسمم الحاد والمزمن المحتمل مع تغيرات في الدم والأعضاء المكونة للدم ، وأعضاء الجهاز الهضمي ، والوذمة الرئوية.

يتم تصنيع المساحيق في خزانات التهوية ، ونتيجة لذلك يميل تركيز أي جزيئات في هواء مساحة العمل (من أي حجم وطبيعية) ليست جزءًا من الهواء إلى الصفر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الأموال الحماية الفردية: ملابس خاصة؛ لحماية الجهاز التنفسي - أجهزة التنفس وضمادات الشاش القطني ؛ لحماية أعضاء الرؤية - نظارات واقية ؛ لحماية جلد اليدين - قفازات اللاتكس.

معلمات المناخ المحلي

المناخ المحلي عبارة عن مجموعة من العوامل الفيزيائية للبيئة الداخلية للمباني ، والتي تؤثر على التبادل الحراري للجسم وصحة الإنسان. تشمل المؤشرات المناخية المناخية درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الهواء ودرجة حرارة سطح الهياكل والأشياء والمعدات بالإضافة إلى بعض مشتقاتها: التدرج في درجة حرارة الهواء على طول الرأسي والأفقي للغرفة ، وشدة الإشعاع الحراري من الأسطح الداخلية.

تحدد SanPiN 2.2.4.548-96 القيم المثلى والمسموح بها لدرجة الحرارة والرطوبة النسبية وسرعة الهواء لمنطقة العمل في المباني الصناعية ، اعتمادًا على شدة العمل المنجز ، والمواسم ، مع مراعاة الحرارة الزائدة. وفقًا لدرجة التأثير على رفاهية الشخص وقدرته على العمل ، تنقسم الظروف المناخية المناخية إلى مثالية ومسموحة وضارة وخطيرة.

وفقًا لـ SanPiN 2.2.4.548-96 ، تنتمي الظروف في المختبر إلى فئة العمل Ib (العمل بكثافة استهلاك طاقة 140-174 واط) ، يتم إجراؤها أثناء الجلوس أو الوقوف أو المرتبطة بالمشي ويرافقها بعض الإجهاد البدني.

المساحة لكل عامل ، حقيقة / معيار ، م 2 - 5 / 4.5

الحجم لكل موظف ، حقيقة / معايير ، م 2 - 24/15

ترد قيم مؤشرات المناخ المحلي في الجدول 4.2.

في المختبر العامل ، لا يوجد أي انحراف عن مؤشرات المناخ المحلي المثلى. يتم توفير صيانة معلمات المناخ المحلي من خلال أنظمة التدفئة والتهوية.

تنفس

التهوية - تبادل الهواء في الغرف لإزالة الحرارة الزائدة والرطوبة والمواد الضارة وغيرها من المواد من أجل ضمان ظروف أرصاد جوية مقبولة ونقاء الهواء في منطقة الخدمة أو العمل ، وفقًا لـ GOST 12.4.021-75 SSBT.

في معمل قسم الكيمياء الفيزيائية والغروية ، تتم التهوية بشكل طبيعي (من خلال النوافذ والأبواب) وبواسطة الوسائل الميكانيكية (شفاطات الدخان ، مع مراعاة قواعد السلامة الصحية والبيئية والحرائق).

نظرًا لأن جميع الأعمال المتعلقة بالمواد الضارة تتم في غطاء دخان ، فسنحسب تهويته. لإجراء حسابات تقريبية لكمية الهواء المطلوبة ، خذ معدل تبادل الهواء (K p) وفقًا للصيغة 2.1:

حيث V هو حجم الغرفة ، م 3 ؛

L هي الإنتاجية الإجمالية ، م 3 / ساعة.

يوضح معدل تبديل الهواء عدد المرات التي يتغير فيها الهواء في الغرفة في الساعة. قيمة K p عادة ما تكون 1-10. ولكن بالنسبة لتهوية خزانة الدخان ، فإن هذا الرقم أعلى من ذلك بكثير. المساحة التي تشغلها الخزانة 1.12 م 2 (الطول 1.6 م ، العرض 0.7 م ، الارتفاع (الارتفاع) 2.0 م). ثم حجم خزانة واحدة ، مع الأخذ في الاعتبار مجرى الهواء (1.5) ، هو:

الخامس \u003d 1.12 ∙ 2+ 1.5 \u003d 3.74 م 3

نظرًا لأن المختبر مجهز بأربعة أغطية دخان ، سيكون الحجم الإجمالي 15 م 3.

من بيانات جواز السفر نجد أن مروحة OSTBERG من ماركة RFE 140 SKU تستخدم للغطاء بسعة 320 م 3 / ساعة ، بجهد 230 فولت. بمعرفة أدائها ، من السهل تحديد معدل تبادل الهواء وفقًا للصيغة 4.1:

ح -1

معدل تبديل الهواء لخزانة الدخان هو 85.56.

الضوضاء هي تقلبات عشوائية ذات طبيعة فيزيائية مختلفة ، تتميز بتعقيد الهيكل الزمني والطيفي ، وهو أحد أشكال التلوث الفيزيائي للبيئة ، وهو أمر مستحيل ماديًا. الضوضاء التي تتجاوز مستوى معينًا تزيد من إفراز الهرمونات.

مستوى الضوضاء المسموح به هو المستوى الذي لا يسبب قلقًا كبيرًا لدى الشخص ولا يسبب تغيرات كبيرة في مؤشرات الحالة الوظيفية للأنظمة والمحللات الحساسة للضوضاء.

تؤخذ مستويات ضغط الصوت المسموح بها اعتمادًا على تردد الصوت وفقًا لـ GOST 12.1.003-83 SSBT ، الواردة في الجدول 4.3.

الجدول 4.3 - مستويات ضغط الصوت المسموح بها في نطاقات الأوكتاف ومستويات الضوضاء المكافئة في أماكن العمل

يجب ضمان الحماية من الضوضاء ، وفقًا لـ SNiP 23-03-2003 ، من خلال تطوير معدات آمنة للضوضاء ، واستخدام وسائل وطرق الحماية الجماعية ، واستخدام وسائل وطرق الحماية الجماعية ، واستخدام معدات الحماية الشخصية ، والتي تم تصنيفها بالتفصيل في GOST 12.1.003-83 SSBT.

تعد شفاطات الدخان مصدرًا ثابتًا للضوضاء في المختبر. يقدر مستوى الضوضاء بحوالي 45 ديسيبل ، أي لا تتجاوز المعايير المعمول بها.

إضاءة

الإضاءة هي كمية مضيئة تساوي نسبة التدفق الضوئي الساقط على مساحة صغيرة من السطح إلى مساحته. يتم تنظيم الإضاءة وفقًا للمواصفة SP 52.13330.2011.

الإضاءة الصناعية هي:

طبيعي \u003e\u003e صفة (بسبب ضوء الشمس المباشر وضوء السماء المنتشر ، تتغير التغييرات حسب خط العرض والوقت من اليوم والغيوم وشفافية الغلاف الجوي والموسم وهطول الأمطار وما إلى ذلك) ؛

مصطنع (تم إنشاؤها بواسطة مصادر الضوء الاصطناعي). يتم استخدامه في غياب أو نقص الضوء الطبيعي. يجب أن توفر الإضاءة الاصطناعية العقلانية ظروف عمل عادية مع استهلاك مقبول للأموال والمواد والكهرباء ؛

عند عدم وجود ضوء طبيعي كافٍ ، يتم استخدامه الإضاءة المدمجة (مجتمعة)... هذا الأخير هو الإضاءة ، حيث يتم استخدام الضوء الطبيعي والاصطناعي في وقت واحد خلال ساعات النهار.

في معمل الكيمياء ، يتم توفير الإضاءة الطبيعية من خلال نافذة جانبية واحدة. لا يوجد ضوء طبيعي كافٍ ، لذلك يتم استخدام الإضاءة الاصطناعية. يتم توفيره من خلال 8 مصابيح أوسرام L 30. يتم تحقيق الإضاءة المختبرية المثلى مع الإضاءة المختلطة.

السلامة الكهربائية

وفقًا لـ GOST 12.1.009-76 SSBT ، السلامة الكهربائية هي نظام من التدابير التنظيمية والتقنية والوسائل لحماية الناس من الآثار الضارة والخطيرة للتيار الكهربائي والقوس الكهربائي والمجال الكهرومغناطيسي والكهرباء الساكنة.

في معمل كيميائي مصدر إصابة صدمة كهربائية هي معدات كهربائية - مقطر ، ترموستات ، ألواح تسخين كهربائية ، موازين إلكترونية ، مآخذ كهربائية. تم تحديد متطلبات السلامة العامة للمعدات الكهربائية ، بما في ذلك أجهزة الحوسبة المدمجة ، بواسطة GOST R 52319-2005.

للتيار الكهربائي ، الذي يمر عبر جسم الإنسان ، الأنواع التالية من التأثيرات عليه: حراري ، كهربائي ، ميكانيكي ، بيولوجي. لضمان الحماية من الصدمات الكهربائية في التركيبات الكهربائية ، يجب استخدام الأساليب الفنية ووسائل الحماية وفقًا لـ GOST 12.1.030-81 SSBT.

وفقًا لقواعد تركيب التركيبات الكهربائية PUE ، يتم تقسيم جميع المباني المتعلقة بخطر إصابة الأشخاص بالتيار الكهربائي إلى ثلاث فئات: دون زيادة الخطر ؛ مع زيادة الخطر خطير بشكل خاص.

تنتمي غرفة المختبر إلى الفئة - لا يوجد خطر متزايد. لضمان الحماية من الصدمات الكهربائية في التركيبات الكهربائية ، يجب استخدام الأساليب الفنية ووسائل الحماية.

السلامة من الحرائق

وفقًا لـ GOST 12.1.004-91 SSBT ، فإن الحريق عبارة عن عملية احتراق غير خاضعة للرقابة تتميز بضرر اجتماعي و / أو اقتصادي نتيجة التعرض للأشخاص و / أو القيم المادية للتحلل الحراري و / أو عوامل الاحتراق التي تتطور خارج موقد خاص ، وكذلك تلك المستخدمة عوامل إطفاء الحريق.

أسباب نشوب حريق في المختبر هي انتهاكات السلامة ، وعطل المعدات الكهربائية ، والأسلاك ، إلخ.

وفقًا لـ NPB 105-03 ، تنتمي الغرفة إلى الفئة "B1" ، أي خطر الحريق ، حيث توجد سوائل قابلة للاشتعال وصعبة الاحتراق ، ومواد ومواد بالكاد قابلة للاحتراق ، وبلاستيك يمكن أن يحترق فقط. وفقًا لـ SNiP 21-01-97 ، يتمتع المبنى بدرجة مقاومة الحريق الثانية.

في حالة نشوب حريق ، يتم توفير طرق إخلاء ، والتي يجب أن تضمن الإخلاء الآمن للأشخاص. يجب ألا يقل ارتفاع المقاطع الأفقية لمسارات الهروب عن 2 متر ، ويجب ألا يقل عرض الأقسام الأفقية لمسارات الهروب عن 1.0 متر. طرق الهروب مضاءة.

يتم مراعاة جميع قواعد السلامة من الحرائق في المختبر وفقًا للوائح الحالية.

حالات الطوارئ

وفقًا لـ GOST R 22.0.05-97 ، فإن حالة الطوارئ (ES) هي حالة غير متوقعة ومفاجئة في منطقة معينة أو كائن اقتصادي نتيجة لحادث أو كارثة من صنع الإنسان يمكن أن تؤدي إلى إصابات بشرية أو أضرار بصحة الإنسان أو البيئة أو خسائر مادية و انتهاك الظروف المعيشية للناس.

في المختبر الكيميائي ، الأسباب التالية للطوارئ ممكنة:

انتهاك تدابير السلامة.

اشتعال الأجهزة الكهربائية

انتهاك عزل المعدات الكهربائية ؛

فيما يتعلق بالأسباب المحتملة لحالات الطوارئ ، قام المختبر بتجميع الجدول 4.4 لحالات الطوارئ المحتملة.

تتمثل طرق الحماية من حالات الطوارئ المحتملة في إحاطات منتظمة بشأن تدابير السلامة والسلوك في حالات الطوارئ ؛ فحص منتظم للأسلاك توافر خطة الإخلاء.

الجدول 4.4 - حالات الطوارئ المختبرية المحتملة

طوارئ محتملة	سبب حدوثها	تدابير الاستجابة للطوارئ
صدمة كهربائية	غير آمن على التيار الكهربائي ؛ انتهاك سلامة العزل نتيجة تقادم المواد العازلة.	افصل الكهرباء بمفتاح عام ؛ استدعاء سيارة إسعاف للضحية ؛ تقديم الإسعافات الأولية إذا لزم الأمر ؛ إبلاغ الموظف المسؤول عن الفني بالحادث من أجل تحديد سبب الطوارئ.
حريق في المختبر.	انتهاك تقنيات السلامة من الحرائق ؛ دائرة مقصورة؛	قم بإلغاء تنشيط المعدات العاملة في المختبر ؛ اتصل بفريق الإطفاء ، وابدأ في إطفاء الحريق بطفايات الحريق ؛ إبلاغ الموظف المسؤول عن الفني بالحادث من أجل تحديد سبب الطوارئ.

استنتاجات بشأن قسم BZhD

في القسم الخاص بسلامة الحياة ، يتم أخذ العوامل التالية في الاعتبار:

تتوافق معلمات المناخ المحلي مع الوثائق التنظيمية وتخلق ظروفًا مريحة في المختبر الكيميائي ؛

يلبي تركيز المواد الضارة في هواء المختبر أثناء إنتاج أفلام الكالكوجينيد المعايير الصحية. يمتلك المختبر جميع الوسائل الفردية والجماعية اللازمة للحماية من تأثير المواد الضارة ؛

يضمن حساب نظام التهوية لخزانة الدخان ، استنادًا إلى مروحة OSTBERG RFE 140 SKU ، بسعة –320 م 3 / ساعة ، بجهد –230 فولت ، إمكانية تقليل الآثار الضارة للكواشف الكيميائية على البشر ، ووفقًا للبيانات المحسوبة ، يوفر معدل تبادل هواء كافٍ - 86 ؛

الضوضاء في مكان العمل يتوافق مع المعايير القياسية ؛

تتحقق الإضاءة الكافية للمختبر بشكل أساسي بسبب الإضاءة الاصطناعية ؛

من حيث خطر التعرض لصدمة كهربائية ، فإن المختبر الكيميائي ينتمي إلى المباني دون زيادة الخطر ، وجميع الأجزاء الحية للأجهزة المستخدمة معزولة ومؤرضة.

يؤخذ في الاعتبار أيضًا خطر نشوب حريق في غرفة المختبر هذه. في هذه الحالة يمكن أن يعزى إلى الفئة "B1" ، درجة مقاومة الحريق هي II.

لمنع حالات الطوارئ ، تجري UrFU بانتظام إحاطات مع الأشخاص المسؤولين عن ضمان سلامة الموظفين والطلاب. كمثال على حالة الطوارئ ، تم النظر في حدوث صدمة كهربائية مع وجود معدات كهربائية معيبة.