Het belangrijkste verschil tussen koolstofdots en kwantumdots is dat koolstofdots kleine koolstofnanodeeltjes zijn, terwijl kwantumdots kleine halfgeleiderdeeltjes zijn.
Zowel koolstofstippen als kwantumstippen vallen onder het vakgebied van de kwantummechanica. Dit zijn kleine deeltjes op nanoschaal.
Wat zijn Carbon Dots?
Koolstofstippen zijn kleine koolstofnanodeeltjes met een vorm van oppervlaktepassivering. Hun grootte is minder dan 10 nm. Deze stippen werden voor het eerst ontdekt in 2004 per ongeluk door de zuivering van enkelwandige koolstofnanobuisjes.
De eigenschappen van koolstofstippen zijn uitsluitend afhankelijk van hun structuren en samenstellingen. Meestal zorgen veel carboxylgroepen op het oppervlak van de koolstofstippen voor een uitstekende oplosbaarheid in water en biocompatibiliteit. Deze groepen hebben de neiging om de koolstofstippen te laten dienen als protongeleidende nanodeeltjes. Bovendien zijn deze deeltjes geschikt voor chemische modificatie en oppervlaktepassivering naast verschillende organische, polymere, anorganische of biologische materialen.
Er zijn twee methoden voor de synthese van koolstofstippen. Die twee zijn de "top-down"-methode en de "bottom-up"-methode. We kunnen de productie van de koolstofstippen via deze processen bereiken via chemische, elektrochemische en fysische technieken.
Figuur 01: Koolstofstippen bereid uit verschillende bronnen
De "top-down"-methode omvat het afbreken van grote koolstofstructuren (bijv. grafiet, koolstofnanobuisjes en nanodiamant) in koolstofstippen met behulp van laserablatie, boogontlading en elektrochemische methode.
De 'bottom-up'-methode voor de productie van koolstofdots omvat kleine voorlopers zoals koolhydraten, citraat en polymeer-silica-nanocomposieten. Deze bronnen ondergaan een hydrothermische/solvothermische behandeling, ondersteunde synthetische en microgolf-synthetische routes.
Wat zijn Quantum Dots?
Quantum dots zijn kleine halfgeleiderdeeltjes op nanometerschaal, met optische en elektronische eigenschappen die volgens de kwantummechanica verschillen van grote deeltjes. Als we kwantumstippen waarnemen door belichting onder UV-licht, heeft een elektron in de kwantumdot de neiging om opgewonden te raken in een toestand met hogere energie. Dit proces komt overeen met de overgang van een elektron van de volantband naar de conductantieband als het gaat om de halfgeleidende kwantumstip. Dan kan het geëxciteerde elektron terugvallen in de valentieband door het vrijkomen van zijn energie via de emissie van licht. Deze lichtemissie wordt fotoluminescentie genoemd en we kunnen het als volgt illustreren:
Figuur 02: Fotoluminescentie van Quantum Dots die verschillende kleuren geven van Quantum Dots met verschillende afmetingen
Meestal zijn de eigenschappen van kwantumstippen intermediair ten opzichte van die van bulkhalfgeleiders en discrete atomen of moleculen. Bovendien veranderen de opto-elektronische eigenschappen van kwantumdots als functie van zowel grootte als vorm. Typisch, grote kwantumstippen zenden lange golflengten uit, en de uitgezonden kleuren van deze kwantumstippen variëren van oranje tot rood. Daarentegen hebben kleine kwantumstippen de neiging om kortere golflengten uit te zenden, waardoor kleuren zoals blauw en groen ontstaan. We kunnen echter vaststellen dat de kleur kan variëren, afhankelijk van de exacte samenstelling van de kwantumdot.
De belangrijkste toepassingen van kwantumstippen zijn onder meer de fabricage van transistors met één elektron, de productie van zonnecellen, de productie van LED's, bronnen met één foton, kwantumcomputers, celbiologisch onderzoek, microscopie en medische beeldvorming.
Wat is het verschil tussen Carbon Dots en Quantum Dots?
Het belangrijkste verschil tussen koolstofdots en kwantumdots is dat koolstofdots kleine koolstofnanodeeltjes zijn, terwijl kwantumdots kleine halfgeleiderdeeltjes zijn. Koolstofstippen worden gebruikt in bio-imaging, detectie, medicijnafgifte, katalyse, optronica, enz., terwijl kwantumstippen worden gebruikt bij de fabricage van transistors met één elektron, de productie van zonnecellen, de productie van LED's, bronnen met één foton, kwantumcomputing, celbiologisch onderzoek, microscopie en medische beeldvorming.
De volgende infographic geeft een overzicht van de verschillen tussen koolstofpunten en kwantumpunten in tabelvorm.
Samenvatting – Carbon Dots vs Quantum Dots
Koolstofstippen en kwantumstippen vallen onder het vakgebied van de kwantummechanica. Dit zijn kleine deeltjes op nanoschaal. Het belangrijkste verschil tussen koolstofdots en kwantumdots is dat koolstofdots kleine koolstofnanodeeltjes zijn, terwijl kwantumdots kleine halfgeleiderdeeltjes zijn.
