Het principe achter het koffieringeffect gebruiken in kwantumdot-arrays

Als gemorste koffie niet meteen wordt weggeveegd, laat het een vlek achter waarvan de randen donkerder zijn dan de rest. Dit fenomeen wordt het koffieringeffect genoemd. Met behulp van dit principe heeft een POSTECH-onderzoeksteam onlangs een nieuwe methode ontwikkeld voor het rangschikken van kwantumdots (QD’s), halfgeleidende kristallen van nanoformaat. Deze nieuwe, eenvoudige methode vergemakkelijkt de ontwikkeling van beeldschermen met een tot 20 keer hogere resolutie dan de conventionele.

Een POSTECH-onderzoeksteam – geleid door professor Junsuk Rho van de afdeling Werktuigbouwkunde en Chemische Technologie, professoren HangJin Jo en Moo Hwan Kim van de Afdeling Geavanceerde Nucleaire Technologie en Afdeling Werktuigbouwkunde, Taeyang Han van de Afdeling Geavanceerde Nucleaire Technologie, en Ph.D. kandidaat Jaebum Noh van de afdeling Werktuigbouwkunde – ontwikkelde een QD-array met behulp van een fenomeen dat optreedt wanneer een suspensie verdampt. Suspensie verwijst naar een vloeistof waarin vaste deeltjes worden gedispergeerd en gesuspendeerd zoals in modderig water, inkt of verf.

QD’s, die enkele nanometers groot zijn, volgen de stroom van een vloeistof heel goed. Net zoals koffievlekken worden achtergelaten wanneer een druppel op de zijkant van een kopje loopt, wanneer een suspensie met QD’s verdampt, verzamelen de deeltjes zich automatisch in bepaalde gebieden, zoals de rand van een vloeistofdruppel die wordt veroorzaakt door capillaire stroming.

Er zijn veel pogingen gedaan om van deze eigenschap gebruik te maken, maar het verkrijgen van helderheid die geschikt is voor beeldschermen was moeilijk. De kosten van het product waren ook hoog omdat QD’s direct op het substraat werden geprint met dure apparatuur.

Om deze beperking te overwinnen, rangschikten de onderzoekers de QD’s in de vorm van zeer kleine pixels tijdens het verdampingsproces van de suspensie met behulp van een V-vormige structuur. Wanneer de vloeistof wordt gegoten en verdampt, worden de QD’s naar de binnenste uiteinden van de V-vorm gedreven en hopen zich daar op.

De resultaten lieten zien dat de helderheid van de op deze manier geproduceerde QD-pixels 20 keer helderder was dan die van de controlegroep en een hoge uniformiteit van meer dan 98% vertoonden.

“Onlangs gebruikt de industrie van huishoudelijke apparaten QD’s in kleurenfilters in televisies voor heldere en natuurlijke beelden”, merkten professoren Junsuk Rho en HangJin Jo op. “Met behulp van de QD-pixelarray-methode die in dit onderzoek is ontwikkeld, worden heldere QD-pixels gecreëerd door eenvoudigweg de suspensie te besproeien zonder dure apparatuur, waardoor de productiekosten worden verlaagd.

Het onderzoek is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces.