O galego terma da nanotecnoloxía

En concreto, estamos a fabricar Carbon Quantum Dots. Os puntos cuánticos son partículas de escala nanométrica, normalmente de semicondutores. Son tan pequenos que cando os fotóns de alta enerxía os golpean, os fotóns serán absorbidos e emitidos nun estado de enerxía inferior. Os QD son feitos normalmente de produtos químicos tóxicos, pero hoxe mostrarei como facer puntos cuánticos non tóxicos na súa casa. Tamén poden usarse como colorantes fluorescentes, tintas e posiblemente pinturas. Probablemente fará que as cousas brillen ao redor do meu apartamento nos próximos días.

O papel orixinal na parte inferior utilizaba bicarbonato de sodio e frutosa ao longo dunha hora. Modifícao para usar sacarosa e levar 10 minutos.

Disclaimer: Isto é tan perigoso como facer doces. Isto é simplemente cociñar, estar seguro e usar o sentido común, o azucre fundido é o peor que se queima.

Equipo necesario

Microondas

Cunca de vidro temperado (prefiro o borosilicato pero non estamos cambiando rapidamente as temperaturas)

Guantes resistentes ao calor (quizais con silicona para adherirse)

Algúns contedores para ti mostras

Pipetas de plástico

Frascos de vidro para almacenar

UV ou Blacklight

Subministracións

Auga (usei auga da billa)

Bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio)

Azucre de cana (sacarosa)

Vinagre branco (ácido acético)
Paso 1: Preparar o sacárido
Imaxe de preparar o sacárido
Imaxe de preparar o sacárido

Engadir á cunca de vidro

1 cunca de auga

1/4 cuarto de vinagre

6 cucharadas de azucre (80 gramos)

Microondas durante 5 minutos

A sacarosa debe descompoñerse nun proceso chamado inversión, a sacarosa está dividida en frutosa e glicosa. A inversión de sacarosa é unha produción de caramelos moi usada porque fai que o azucre sexa menos granulado nos doces. O ácido diminúe o tempo necesario para facelo desde horas a minutos, especialmente coa aplicación de calor.
Paso 2: neutralizar o ácido
Imaxe de Neutralizar o ácido
Imaxe de Neutralizar o ácido
Imaxe de Neutralizar o ácido

Deixe que o recipiente arrefríe para ser manexado con seguridade

Engade lentamente 20 gramos de bicarbonato de sodio á solución. (Vexa o vídeo para ver o que pasa cando o fas todo dunha vez)

A solución debe ser básica para que se produza a síntese, polo que engadiremos bicarbonato de sodio suficiente para neutralizar o ácido e elevar o pH.
Paso 3: sintetizar os puntos cuánticos
Imaxe de Sintetizar os puntos cuánticos

Microondar a solución básica durante 5 minutos. O líquido será amarelo e escurecer.

Como a concentración de QD aumenta, o líquido quedará máis escuro e máis escuro. Púxenme a formar dentro de 3 minutos, pero quería minimizar calquera posibilidade de fallo para calquera que reproducise este experimento.
Paso 4: Dilúe os puntos cuánticos
Imaxe de Diluír os puntos cuánticos
Imaxe de Diluír os puntos cuánticos
Imaxe de Diluír os puntos cuánticos

Deixe que o recipiente arrefríe e pipetee pequenas cantidades a medio vial de auga. A mestura de puntos cuánticos / azucre desembolsará e brillará verde cando estea exposta a unha luz ultravioleta.

Se o QD está demasiado concentrado, entón non brillarán tamén; probablemente fixes varias copas ou un litro de Puntos Cuánticos en 10 minutos, Parabéns.
Paso 5: discusión
Imaxe da discusión

Este proxecto foi orixinalmente moito máis difícil pero fixo unha cor adicional. Originalmente levou moito máis tempo para facer os QDs.

Foto 1: Tomou unha mostra a un minuto, 20 minutos, 30 minutos, 40 minutos e unha hora.

A sacarosa (un disacárido) non se converte tan fácilmente en puntos cuánticos como azucres simples (monosacáridos). Pasei unha hora e media para que QD estivese usando só bicarbonato de sodio. A sacarosa só se descompoñería con glicosa e frutosa a altas temperaturas durante longos períodos de tempo. Cando os azucres simples están nunha solución básica, poden formar os puntos cuánticos. Así que empregando o ácido e o calor, fixen moita frutosa e glicosa de balde, pero despois tiven que facer a solución de novo.

Así que agregamos o bicarbonato de sodio para neutralizar o ácido, pero iso non é suficiente, cando o ácido acético ea sosa mestura forman acetato de sodio que actúa como unha solución tampón débilmente ácida. Polo tanto, engadín moita bicarbonato de sodio ás instrucións para superar as propiedades tamponantes do acetato de sodio.

Con todo, foi un reto fascinante e espero que satisfaga a curiosidade de todos hoxe.

Lecturas e referencias adicionais

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/gc/c3gc42562b#!divAbstract