Chemické pokusy s nanomateriály/Světelná odezva kvantových teček

Světelná odezva kvantových teček
Pomůcky	UV lampa, stopky, bedna, papír, Stojan na zkumavky, zkumavka, lepicí páska a nůžky
Typ pokusu	žákovský školní pokus a základní škola
Časová náročnost	20 min
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Pokus je jednoduchou ukázkou přímé souvislosti mezi velikostí částice a vlnovou délkou světla, které je částice schopna emitovat. Polovodičové kvantové tečky CdSe různých velikostí jsou excitovány pomocí jednoho stejného zdroje UV záření. Částice absorbují UV záření ze zdroje a v závislosti na velikosti jednotlivých částic vyzařují vlnové délky v různých částech viditelného spektra.

Princip

Kvantové tečky jsou specifickou skupinou nanočástic. Jedná se nejčastěji o polovodičové nanokrystaly, které mají specifické vlastnosti v závislosti na jejich velikosti. S velikostí kvantové tečky se mění energetický rozdíl mezi valenční a vodivostním pásem. Pokud bude elektronu přítomnému ve valenčním pásu kvantové tečky dodána dostatečná energie pro přechod do vodivostního pásu, dojde k jevu nazývanému excitace. Tuto excitaci lze u kvantových teček vyvolat pomocí viditelného světla nebo UV záření. Excitovaný elektron se po nějakém čase vrací zpátky na svou původní energetickou hladinu a přebytečná energie je vyzářena (emitována) v podobě fotonu. Čím menší je kvantová tečka, tím větší je energetický rozdíl. Změnou velikosti kvantových teček téže sloučeniny, lze připravit částice vyzařující záření s odlišnou vlnovou délkou. Vlnové délky vyzařované kvantovými tečkami spadají do oblasti viditelného světla. Vlnové délky odpovídají konkrétním barvám ve viditelném spektru, proto je možné pozorovat odlišná zbarvení kvantových teček v závislosti na jejich velikosti. Díky těmto vlastnostem mohou být kvantové tečky využity v medicíně k detekci rakovinných buněk nebo v energetických aplikacích, a to zejména v oblasti solární energie.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Světelná odezva kvantových teček. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění kvantových teček.

1. Do krabice po její delší straně vyřežeme podélně úzký pruh pro pozorování roztoku uvnitř uzavřené krabice. Na vnitřní stěny krabice nalepíme černý papír, pro vytvoření co nejtemnějšího prostředí pro pozorování.
2. UV lampu umístíme do krabice. Pokud je to nutné uděláme do krabice další díru pro zapojení UV lampy do elektřiny.
3. Do krabice umístíme stojan na zkumavky a zkumavku s kvantovými tečkami CdSe.
4. Krabici uzavřeme, rozsvítíme UV lampu a vyřezaným průhledem v krabici pozorujeme chování kvantových teček, při ozařování UV zářením.
5. UV lampu následně zhasneme a roztok kvantových teček pozorujeme po dobu 1 minuty.
6. Poté vyjmeme zkumavku z krabice a vyměníme ji za další roztok s kvantovými tečkami CdSe s odlišnou velikostí částic. Nový roztok znovu umístíme do stojanu a opakujeme kroky 4 a 5.
7. Při pozorování je vhodné si zapisovat velikost kvantových teček a jejich světelnou odezvu při interakci s UV zářením. Ze zapsaných hodnot jasně vyplývá změna vlastnosti v závislosti na velikosti částic.

Poznámky

• Při provádění edukačního experimentu, žáci pouze sledují vlastnosti kvantových teček, nepřichází do přímého kontaktu s chemickou látkou. Kvantové tečky, jsou předem připraveny v uzavřených nádobách/zkumavkách.