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[editovat | editovat zdroj]
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[editovat | editovat zdroj]
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[editovat | editovat zdroj]
- 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.
- UV lampu umístíme do krabice. Pokud je to nutné uděláme do krabice další díru pro zapojení UV lampy do elektřiny.
- Do krabice umístíme stojan na zkumavky a zkumavku s kvantovými tečkami CdSe.
- Krabici uzavřeme, rozsvítíme UV lampu a vyřezaným průhledem v krabici pozorujeme chování kvantových teček, při ozařování UV zářením.
- UV lampu následně zhasneme a roztok kvantových teček pozorujeme po dobu 1 minuty.
- 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.
- 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[editovat | editovat zdroj]
- 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.