Я студент-исследователь в области материаловедения и наноматериалов. В течение многих лет я хотел провести простой научный эксперимент, который ребенок мог бы провести под присмотром родителей или взрослых для распространения нанонауки. Я устал от простых вулканов из пищевой соды. Ты лучше этого…. Итак, давайте делать наноматериалы на кухне! Сегодня вы сделаете самый крохотный Instructable на свете.
В частности, мы делаем углеродные квантовые точки. Квантовые точки - это частицы нанометрового размера, обычно полупроводниковые. Они настолько малы, что когда на них попадает свет с высокой энергией, фотоны поглощаются, а затем излучаются в более низком энергетическом состоянии. Квантовые точки обычно изготавливаются из токсичных химикатов, но сегодня я покажу вам, как сделать нетоксичные квантовые точки в вашем доме. Также их можно использовать в качестве флуоресцентных красок, чернил и, возможно, красок. В ближайшие дни я, вероятно, заставлю светиться вокруг своей квартиры.
В оригинальной бумаге внизу использовалась пищевая сода и фруктоза в течение часа. Я модифицировал его, чтобы использовать сахарозу, и принимал 10 минут.
Отказ от ответственности: это так же опасно, как делать конфеты. Это просто приготовление пищи, будьте осторожны и руководствуйтесь здравым смыслом, расплавленный сахар - худшее, чем можно обжечься.
Необходимое оборудование
СВЧ
Чаша из закаленного стекла (я предпочитаю боросиликат, но мы не меняем быстро температуры)
Термостойкие перчатки (возможно, с силиконом для захвата)
Несколько контейнеров для образцов
Пластиковые пипетки
Стеклянные флаконы для хранения
УФ или черный свет
Запасы
Вода (я использовал водопроводную воду)
Пищевая сода (бикарбонат натрия)
Тростниковый сахар (сахароза)
Белый уксус (уксусная кислота)
Шаг 1: приготовьте сахарид
Добавьте в стеклянную миску
1 стакан воды
1/4 стакана уксуса
6 столовых ложек сахара (80 грамм)
Микроволновая печь в течение 5 минут.
Сахароза должна расщепляться в процессе, называемом инверсией, сахароза расщепляется на фруктозу и глюкозу. Инверсия сахарозы широко используется в производстве конфет, потому что она делает сахар менее зернистым в конфетах. Кислота сокращает время, необходимое для этого, с часов до минут, особенно с применением тепла.
Шаг 2: нейтрализуйте кислоту
Дайте миске остыть для безопасного обращения
Медленно добавьте в раствор 20 граммов пищевой соды (посмотрите видео, чтобы увидеть, что происходит, когда вы делаете все сразу).
Раствор должен быть щелочным, чтобы произошел синтез, поэтому мы добавляем достаточно пищевой соды, чтобы нейтрализовать кислоту и повысить pH.
Шаг 3: синтез квантовых точек
Готовьте основной раствор в микроволновой печи в течение 5 минут. Жидкость пожелтеет, а затем потемнеет.
По мере увеличения концентрации QD жидкость становится все темнее и темнее. Я смог сформировать форму в течение 3 минут, но я хотел свести к минимуму вероятность неудачи для любого, кто воспроизводит этот эксперимент.
Шаг 4. Разбавьте квантовые точки
Дайте миске остыть, затем добавьте небольшое количество пипетки в наполовину заполненный флакон с водой. Смесь квантовых точек / сахара распределяется и светится зеленым при воздействии ультрафиолетового света.
Если квантовые точки слишком концентрированы, они тоже не светятся, вы, скорее всего, сделали несколько чашек или литров квантовых точек за 10 минут, Поздравляем.
Шаг 5: Обсуждение
Этот проект изначально был намного сложнее, но в нем был сделан дополнительный цвет. Первоначально изготовление квантовых точек занимало значительно больше времени.
Фото 1: Я взял образец через 1 минуту, 20 минут, 30 минут, 40 минут и час.
Сахароза (дисахарид) не так легко превращается в квантовые точки, как простые сахара (моносахариды). Я потратил полтора часа, чтобы получить QD, просто используя пищевую соду. Сахароза может разлагаться на глюкозу и фруктозу только при высоких температурах в течение продолжительных периодов времени. Когда простые сахара находятся в основном растворе, они могут образовывать квантовые точки. Таким образом, используя кислоту и тепло, я получил много свободной фруктозы и глюкозы, но затем мне пришлось снова сделать раствор основным.
Поэтому мы добавили пищевую соду, чтобы нейтрализовать кислоту, но этого недостаточно, когда уксусная кислота и сода смешиваются, они образуют ацетат натрия, который действует как слабокислый буферный раствор. Поэтому я добавил много бикарбоната натрия в инструкции, чтобы преодолеть буферные свойства ацетата натрия.
В общем, это было увлекательное испытание, и я надеюсь, что сегодня удовлетворил всеобщее любопытство.
Дополнительная литература и ссылки
pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/201…
www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21691…
Очаровательная бумага с изображением смартфонов и угольных точек.
CQD для легирования азотом.
www.hindawi.com/journals/jnm/2015/787862/