In questa tesi sono descritti: (I) la sintesi colloidale e la caratterizzazione di nanocristalli di semiconduttori II-VI; (II) lo sviluppo, utilizzando i suddetti nanocristalli quali “unità da costruzione”, di due materiali innovativi: (IIa) un composito nanocristalli/polimero, da usare come fosforo in dispositivi per illuminazione basati su LED; (IIb) un materiale inorganico nano-strutturato multifase, con una geometria promettente quale materiale a banda elettronica intermedia. Differenti semiconduttori II-VI sono stati sintetizzati in forma di nanocristalli (monofasici, in forma di lega o in struttura di tipo “core-shell”) usando reagenti sicuri e stabili in atmosfera. Le loro proprietà ottiche (spettro di assorbimento, lunghezza d’onda di fluorescenze e resa quantica di fluorescenza) sono state mappate in funzione di numerosi parametri. Sono stati raggiunti ottimi risultati nel controllo delle proprietà ottiche sia in nanocristalli a fase singola (modificandone le dimensioni o la composizione chimica) che in nanocristalli multifase (regolandone la composizione e lo spessore della “shell”, nonché mutualmente diffondendo un materiale nell’altro). È stata anche studiata l’influenza di differenti leganti superficiali sulle proprietà ottiche e sulla solubilità dei nanocristalli in differenti solventi. Lenti composite di nanocristalli/polimero sono state ottenute a partire da nanocristalli aventi la lunghezza d’onda e la resa quantica di fluorescenza desiderate, mescolandoli con pellet di polimero in solventi appropriati. La miscela è stata depositata su un supporto, tramite drop casting o tape casting, ottenendo lenti solide trasparenti dopo l’evaporazione del solvente. Un materiale inorganico nano strutturato (costituito da nanocristalli di semiconduttore racchiusi all’interno di un secondo materiale semiconduttore a bandgap maggiore) è stato ottenuto tramite l’autoassemblaggio e la densificazione di nanocristalli core-shell sintetizzati con procedure di chimica colloidale. La realizzazione di suddetto sovra-cristallo si è svolta in più fasi: (i) sintesi colloidale; (ii) sostituzione dei leganti superficiali; (iii) assemblaggio; (iv) trattamento termico. I risultati derivanti dallo studio dell’evoluzione delle proprietà ottiche durante il trattamento termico suggeriscono che sia possibile sinterizzare il materiale della shell senza alterare la nano-eterostruttura interna, se la temperatura e il tempo del trattamento sono scelti opportunamente.

This thesis describes: (i) synthesis and characterization of colloidal nanocrystals of II-VI semiconductor compounds; (II) development of two novel materials using such nanocrystals as “building blocks”: (IIa) a nanocrystals/polymer composite, to be used as phosphor in LED-based lighting devices; (IIb) an inorganic, nano-structured multiphase material, showing a promising geometry as an electronic intermediate band material. Different typologies of nanocrystals (single-phase, alloyed or core-shells) were successfully synthesized using air-stable, safe reagents. Their optical properties (absorption spectrum, fluorescence wavelength and fluorescence quantum yield) were mapped as function of different parameters. Good results in engineering optical properties were achieved by: (a) changing size and/or composition in single-phase nanocrystals; (b) tuning shell composition and thickness and/or mutually diffusing one material into the other in multi-phase nanocrystals. The influence of different surface ligands on optical properties and on solubility in different media was also studied. Nanocrystal/polymer composite lenses were obtained from nanocrystals with desired fluorescence wavelength and quantum yield, mixed in an appropriate solvent with polymer pellets. The mixture was drop casted or tape casted on a solid substrate, obtaining solid, transparent lenses after solvent evaporation. A nano-structured, all-inorganic material (composed of semiconducor nanocrystals embedded into a wider bandgap semiconductor) was obtained through self-assembly and densification of colloidal core-shells nanocrystals. The realization of this composite supracrystal was achieved via a multi-step process: (i) colloidal synthesis of core-shell nanocrystals; (ii) surface ligands exchange; (iii) assembly; (iv) heat treatment. Evolution of the optical properties during heat treatment suggests that it is possible to sinter the shell material without altering the internal nano-heterostructure, if temperature and time of the treatment are controlled properly.

XXIV Ciclo

2010/2011

1983