Luminesoivat kvanttipisteet

Thumbnail Image

Files

Laakso_Tomi_2025.pdf (1.62 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-06-02

Department

Major/Subject

Kemia ja materiaalitiede

Mcode

CHEM3049

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

fi

Pages

48

Series

Abstract

Tekniikan kehittyessä erilaisten elektronisten laitteiden trendinä on ollut jatkuva koon pieneneminen, mikä on parantanut myös laitteiden tehokkuutta ja käyttöikää. Nanoskaalan materiaalien ja prosessien tarjoamien etujen odotetaan vaikuttavan merkittävästi lähes kaikkiin teollisuudenaloihin ja yhteiskunnan osa-alueisiin. Kvanttipisteillä on ollut suuri vaikutus näiden laitteiden pienenemisessä mikrotasolta nanotasolle sekä niiden tehokkuuden parantamisessa. Kvanttipisteet ovat vain muutamien nanometrien kokoisia puolijohdepartikkeleita, joita voidaan valmistaa useilla eri menetelmillä. Tässä kandidaatintyössä perehdytään luminesoiviin eli valoa tuottaviin kvanttipisteisiin, niiden optisiin ominaisuuksiin, valmistusmenetelmiin ja sovelluksiin. Monet kvanttipisteiden uniikit ominaisuudet, kuten terävä emissiospektri ja korkea kvanttihyötysuhde, ovat peräisin niiden varauksenkuljettajien kvanttisidonnasta. Lisäksi kvanttipisteiden koon perusteella säädettävä emissioaallonpituus on yksi merkittävimmistä ominaisuuksista, mikä erottaa ne muista materiaaleista. Täten niitä voidaan hyödyntää useissa eri sovelluksissa kuten näyttöteknologiassa, biokuvantamisessa, fotokatalyysissä, aurinkokennoissa sekä laserlaitteissa. Kvanttipisteiden erinomaisesta tehokkuudesta huolimatta, on huolenaiheeksi noussut niiden sisältämät myrkylliset raskasmetallit. Tässä työssä perehdytään siten myös myrkyllisten raskasmetallien korvaamiseen ympäristöystävällisemmillä materiaaleilla, jolloin kvanttipisteiden sovelluskohteita voisi laajentaa entisestään. Tämä korostuu etenkin erilaisissa biologisissa sovelluksissa sekä erilaisten puettavien älylaitteiden käytössä. Lisäksi haetaan vastauksia kvanttipisteiden ympäristöystävällisempiin valmistusmenetelmiin, sillä ne sisältävät usein vaarallisia kemiallisia reagensseja ja niiden synteesiin vaaditaan monimutkaisia valmistusolosuhteita.

As technology advances, a key trend in electronic devices has been the continuous miniaturization, which has also improved their efficiency and lifespan. The benefits offered by nanoscale materials and processes are expected to significantly impact nearly all industries and areas of society. Quantum dots have had a major impact on the miniaturization of these devices from the micro to the nanoscale, as well as on enhancing their efficiency. Quantum dots are semiconductor particles just a few nanometers in size, which can be synthesized using various methods. This thesis focuses on luminescent quantum dots, their optical properties, synthetic methods and applications. Many of the unique properties of quantum dots, such as sharp emission spectra and high quantum efficiency, arise from the quantum confinement of their charge carriers. Additionally, the tunable emission wavelength based on the size of the quantum dots is one of the most significant features, distinguishing them from other materials. As a result, they can be utilized in various applications such as display technology, bioimaging, photocatalysis, solar cells and laser devices. Despite the excellent efficiency of quantum dots, concerns have arisen regarding the toxic heavy metals they contain. This thesis also explores the replacement of these toxic heavy metals with more environmentally friendly materials, which could further expand the application areas of quantum dots. This is particularly important in various biological applications and the use of wearable smart devices. Additionally, the work seeks to find answers for more environmentally friendly fabrication methods for quantum dots, as they often involve hazardous chemical reagents and require complex synthesis conditions.

Description

Supervisor

Nieminen, Minna

Thesis advisor

Eskelinen, Toni

Keywords

kvanttipiste, puolijohde, energiarako, luminesoivat kvanttipisteet, fotoluminesenssi, elektroluminesenssi

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506104415

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM