Here we were taking a deeper look at Quantum Dots and Thin films. 2023 Principles (5 sections) 1) An Introduction (History, Physics, Classifications) 2) Synthesis and coating methods (Chemical and Physical methods, Novel methods) 3) Optical properties 4) Applications (Sensors, NEMS/MEMS (NOEMS/MOEMS)) 5) Technologies and Inventions analysis

1. Presenter:
Ali Bakhshi
Title:
Quantum dots & Thin Films
1
Day 5
B.Sc Physics Eng. Tabriz Uni.
M.Sc Nano Tech. IUST
Researcher IPM

2. ‫انبوه‬ ‫تولید‬
‫نقاط‬
‫کوانتومی‬
2
https://doi.org/10.1039/D0NR09067K
‫سیلیکا‬ ‫ذرات‬ ‫با‬ ‫آسیاب‬
https://doi.org/10.1002/smll.201302286
Demand >> 50 tons annually

3. ‫انبوه‬ ‫تولید‬
‫نقاط‬
‫کوانتومی‬
3
high temperature dual injection
https://doi.org/10.3390/nano10112171
https://www.researchgate.net/publication/321396041_Development_of_Colloidal_Quantum_Dots_for_Electr
ically_Driven_Light-Emitting_Devices
‫ها‬‫روش‬ ‫ساییر‬
:
molecular seeding (https://doi.org/10.1021/nn305697q)
continuous flow batch-to-batch

4. ‫انبوه‬ ‫تولید‬
‫نقاط‬
‫کوانتومی‬
4
‫ها‬‫شرکت‬
:
DOW, LG, Samsung,
Nanoco (UK), nanosys (US), …
2017
:
‫حدود‬
5676
‫شده‬ ‫ثبت‬ ‫کوانتومی‬ ‫نقطه‬ ‫اظهارنامه‬
MIT USA 15
University of California USA 12
Quantum Dot Corporation USA 10
Due diligence & Patent analysis

5. ‫کاربردها‬
‫نقاط‬
‫کوانتومی‬
‫بررسی‬
‫اختراع‬
5
https://patents.google.com/patent/US9671672
Method for generating a single photon for quantum information processing

6. ‫کاربردها‬
6
Photon source for producing entangled photons
Current Assignee: Toshiba Corp
2013-09-03 Application granted
‫تشکیل‬
biexiton
‫پتانسیل‬ ‫اعمال‬ ‫با‬
‫الکتریکی‬
‫نقطه‬ ‫در‬ ‫اکسایتون‬ ‫عمر‬ ‫طول‬ ‫چون‬
‫از‬ ‫بیشتر‬ ‫زنی‬‫تونل‬ ‫برای‬ ‫کوانتومی‬
‫نقطه‬ ‫در‬ ‫اکسایتون‬ ‫یک‬ ‫تابشی‬ ‫عمر‬
‫کوانتومی‬
--
>
‫تنیده‬‫درهم‬ ‫های‬‫فوتون‬ ‫انتشار‬
‫میرایی‬ ‫اثر‬ ‫در‬
biexition
‫یا‬
‫باالتر‬ ‫مرتبه‬ ‫های‬‫اکسایتون‬
https://patents.google.com/patent/US20110108744
1.5V
<=500 ps
injection
1.45V
recombination
empty quantum dot
schematic of an LED
with a quantum dot band diagram
‫نقاط‬
‫کوانتومی‬
‫بررسی‬
‫اختراع‬

7. ‫کاربردها‬
‫سلول‬
‫حافظه‬
‫الکترونیکی‬
7
content-addressable memory (CAM)
quantum-dot cellular automata (QCA)
https://doi.org/10.3390/s23010019
https://doi.org/10.3390/electronics9050753
microwave-assisted hydrothermal carbon quantum dots (CQDs)
charge trapping layer
retention time 104 s
programming/erasing (P/E) voltage of ±60 V
large memory window of 8.41 V

8. ‫کاربردها‬
‫نمایشگر‬
‫و‬
‫نورافشان‬
‫ایجاد‬
‫ترکیب‬
‫رنگ‬
‫باالی‬
‫میلیارد‬
‫رنگ‬
8
https://www.intechopen.com/chapters/55768
‫الکترون‬
‫حفره‬
https://doi.org/10.1038/srep22530
‫سامسونگ‬ ‫تلویزیون‬ ‫تبلیغ‬
QDLCD
2019: Samsung to Invest $11 Billion in Quantum Dot
Display Manufacturing Facility

9. ‫کاربردها‬
‫رانشگر‬
‫فوتونی‬
!
9
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/quantum-
dot-instrument-enables-spacecraft-as-sensor-concept
Prof. Artur Davoyan
Dr. Mahmooda Sultana
https://doi.org/10.1021/acsami.2c13254
Cu2O@PbS micromotors
808 nm
11.86 μm/s
1100 nm
photon sail
LightSail 2: A= 32 m2, a=0.058 mm/s²

10. ‫کاربردها‬
‫رانشگر‬
‫فوتونی‬
!
10
optically modulated electrokinetic propulsion (OMEP)
‫فوتون‬ ‫تابیدن‬
--
>
‫سطحی‬ ‫بار‬ ‫تولید‬
‫بار‬ ‫افزایش‬
--
>
‫شتاب‬ ‫افزایش‬
/
‫سرعت‬
‫گاف‬ ‫باند‬ ‫مهندسی‬
--
>
‫خاص‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫جذب‬ ‫بدلیل‬ ‫کاربرد‬ ‫بودن‬ ‫خاص‬
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.024060
‫کره؟‬ ‫نیم‬ ‫چرا‬
--
>
‫میدان‬ ‫توزیع‬ ‫دستکاری‬ ‫با‬ ‫راست‬ ‫سمت‬ ‫به‬ ‫خالص‬ ‫حرکت‬
self-dielectrophoresis
‫کاربرد‬
:
‫سلول‬ ‫جداسازی‬
‫دارو‬ ‫رسانش‬
‫خاص‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫انجام‬
3.4 eV
365 nm
KCl solution

11. ‫کاربردها‬
‫ترموالکتریک‬
Thermoelectric
11
conventional thermoelectric energy harvester
solar cell
staircase quantum-dots thermoelectric harvester
ΔE = (N − 1)dE
N quantum-dots
‫الکتریسیته‬ ‫به‬ ‫پرانرژی‬ ‫فونون‬ ‫انرژی‬ ‫تبدیل‬
!
https://doi.org/10.1038/srep31974

12. ‫کاربردها‬
‫ترموالکتریک‬
Thermoelectric
12
‫نانو‬ ‫ابعاد‬ ‫سردسازی‬
‫نازک‬ ‫صفحات‬
Bi2Te3/Sb2-xBixTe3
‫کاربرد‬
:
‫فوتودتکتور‬ ،‫لیزر‬ ‫ارتباطات‬ ،‫ماهواره‬
(
‫نویز‬ ‫کاهش‬
)
،
‫کاوشگر‬ ‫بدنه‬ ‫دمای‬ ‫اختالف‬ ‫کاهش‬
/
،‫هواپیما‬
‫دمایی‬ ‫های‬‫سیکل‬
PCR
،
Peltier cooling
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03958
thermoelectric coolers (TECs)
Seebeck effect  radioisotope thermoelectric generators (RTGs)

13. ‫کاربردها‬
‫باتری‬
‫پیشرفته‬
13
Radioluminescent nuclear battery
ZnS:Cu phosphor layers CsPbBr3 quantum dot CdSe/ZnS core–shell quantum dot coupled with Au
https://doi.org/10.1007/s42423-020-00067-w
https://doi.org/10.1002/er.6213
https://doi.org/10.3390/en14196186
‫پایین‬ ‫وان‬
--
>
‫ایمنی‬ ‫بدلیل‬

14. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
14
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫تولید‬
‫هیدروترمال‬
‫کردن‬ ‫مخلوط‬
NaOH
‫و‬
ZnSO4
‫شامل‬ ‫الکل‬ ‫محلول‬ ‫مستقیم‬ ‫حالل‬ ‫تبخیر‬
KOH
‫و‬
‫استات‬ ‫روی‬
https://journals.matheo.si/index.php/ACSi/article/view/4213
zinc acetate dihydrate
https://www.nature.com/articles/srep27689
https://doi.org/10.1039/D0RA00478B

15. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
15
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫تولید‬
‫سازی‬ ‫نشین‬ ‫ته‬
‫ای‬‫جرقه‬
using P. aeruginosa culture filtrate
http://dx.doi.org/10.36295/ASRO.2020.231214
https://doi.org/10.1016/j.apt.2018.02.017
DC arc discharge synthesis
https://doi.org/10.4236/oalibj.2018.57755
Atmospheric-Pressure Plasma Jet

16. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
16
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫کاربرد‬
‫رنگ‬ ‫حذف‬
‫آلودگی‬ ‫حذف‬
heterostructures for enhanced photocatalytic
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.01.001
Photocatalytic Activity of Self-cleaning
https://doi.org/10.1007/s10904-019-01399-3

17. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
17
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫کاربرد‬
Photonic memory!
Phosphorene/ZnO Nano-Heterojunction
 broadband response from ultraviolet (380 nm) to near infrared (785 nm)
 enhanced photon harvesting,
 fast exciton separation,
 oxygen vacancy filament in the nano-heterojunction
 excellent stability under air exposure
https://doi.org/10.1002/adma.201801232
illumination
initial dark
VO2+ migration
VO2+ and O2− recombination
RESET

18. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
18
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫کاربرد‬
‫حسگر‬
‫تا‬ ‫حساسیت‬ ‫افزایش‬
171
‫به‬ ‫نسبت‬ ‫درصد‬
‫فیبری‬ ‫حسگرهای‬
LSPR
‫معمول‬
‫شناسایی‬
‫ژن‬‫آنتی‬
PSA
‫کم‬ ‫های‬‫غلظت‬ ‫در‬ ‫باال‬
(
‫پیکوگرم‬
‫بر‬
‫لیتر‬‫میلی‬
)
high sensitivity real-time label-free biosensors
https://doi.org/10.1038/s41598-019-52056-1

19. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
19
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫کاربرد‬
LED
EL intensity in LEDs with hexagonal prism-
shaped ZnO nanorod arrays were improved
by 18%
while EL intensity in LEDs with hexagonal
pyramid-shaped ZnO nanorods were reduced
by 25% compared to bare LEDs.
https://doi.org/10.1007/s13391-015-5324-2

20. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
20
‫نقره‬
‫کاربرد‬
‫ساختاری‬ ‫رنگ‬ ‫تغییر‬ ،‫باکتریال‬ ‫آنتی‬
‫نقره‬ ‫نانوذرات‬ ‫مقدار‬ ‫با‬
Polystyrene (PS) colloidal photonic crystals (CPhCs) +
silver nanoparticles (AgNPs)
(a) Top surface and (b) back surface of
AgNPs/PS hybrid
https://doi.org/10.3390/cryst6050061

21. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
21
‫نقره‬
‫کاربرد‬
‫آلودگی‬ ‫حذف‬ ،‫باکتریال‬ ‫آنتی‬
Mechanically dewatered industrial sludge (MDIS
Ag-doped TiO2
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.07.040
Sol-gel: AgNO3 in diluted HNO3 and ethanol+Ti solution
Dip coating

22. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
22
‫نقره‬
‫کاربرد‬
Flexible SERS
Emulsion polymerization: PMMA + polystyrene (PS) colloidal nanospheres
methylcellulose / carboxymethyl cellulose +Ag NPs
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107601
methylbenzene

23. ‫خاص‬ ‫های‬‫روش‬
23
https://doi.org/10.1021/acsanm.8b01105 Polymer shape memory photonic crystal (PSMPC)
‫شکلی‬ ‫حافظه‬ ‫با‬ ‫پلیمرهای‬
‫سیلیکای‬ ‫کروی‬ ‫نانوذارت‬ ‫با‬ ‫متخلخل‬ ‫پلیمری‬ ‫ساختار‬ ‫شونده‬ ‫فدا‬ ‫سنتز‬
290
‫نانومتری‬
• autonomous Laplace pressure-driven, elastic
modulus-dependent microstructural
programming
• Solvent-swelling-triggered shape memory
recovery
polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) + polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA)
2h + 2 vol.% hydrofluoric acid

24. ‫خاص‬ ‫های‬‫روش‬
24
‫اتصال‬
DNA
‫کوانتومی‬ ‫نقاط‬ ‫و‬
‫کاربردها‬
:
‫ژن‬ ‫بیان‬ ‫تشخیص‬
‫دهی‬‫پیام‬ ‫مسیرهای‬ ‫ردیابی‬
‫خاص‬ ‫های‬‫واکنش‬ ‫انجام‬
‫پروتئین‬ ‫پیوسته‬ ‫و‬ ‫زنده‬ ‫ردیابی‬
‫دیگر‬ ‫ساختارهای‬ ‫به‬ ‫خودآرایی‬
https://doi.org/10.1021/nl103247v
https://doi.org/10.7150%2Fthno.3890

25. ‫خاص‬ ‫های‬‫روش‬
25
‫اتصال‬
DNA
‫کوانتومی‬ ‫نقاط‬ ‫و‬
https://doi.org/10.1007/s11434-014-0622-x

26. ‫تحقیق‬
• Quantum Dots Tuned for Entanglement
• Quantum internet (QKD, ...)
• Photon trapping
• Quantum dot DNA sequencing
26
https://physics.aps.org/articles/v5/109

27. ‫بیشتر‬ ‫مطالعه‬
1) https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.03.164
2) https://doi.org/10.1002/elps.200700607
3) https://doi.org/10.1002/elps.201500022
4) https://doi.org/10.1002/adfm.202112120
5) https://doi.org/10.3390/mi13050709
6) https://doi.org/10.1002/qute.202100116
7) https://doi.org/10.1038/s41598-018-28133-2
8) https://patents.google.com/patent/US6326144B1/en
9) https://patents.google.com/patent/US8242679B2/en
10) https://doi.org/10.1021/acschembio.7b00887
27

28. ‫پاسخ‬ ‫و‬ ‫پرسش‬
‫فراوان‬ ‫سپاس‬ ‫با‬
28
‫را‬ ‫کارگاه‬ ‫از‬ ‫دوستان‬ ‫انتظار‬ ‫باشم‬ ‫توانسته‬ ‫امیدوارم‬
‫دوستان‬ ‫برای‬ ‫ها‬‫بهترین‬ ‫آرزوی‬ ‫با‬

29. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
29
‫اکسید‬ ‫روی‬
‫کاربرد‬
Zinc oxide nanowires under optical excitation
hydrogen can passivate deep defects in ZnO
nanowires thereby reducing the defect
luminescence and strongly enhancing the near-
band-edge excitonic luminescence.
surface-exciton emission
the heat intake due to the excitation with
intense femtosecond pulses

30. ‫خاص‬ ‫نانومواد‬
30
‫کربنی‬ ‫نانولوله‬
‫کاربرد‬
‫چاپ‬
‫نانویی‬
PDMS–CNT-based photoactuated polymer pen
lithography (PPL)
https://www.mdpi.com/2073-4360/11/2/314/htm

31. ‫نمز‬
‫و‬
‫ممز‬
31
https://www.nature.com/articles/srep10968
‫نوک‬
‫کانتیلیور‬
‫دهد‬ ‫تغییر‬ ‫میتواند‬ ‫را‬ ‫عبوری‬ ‫نور‬ ‫مقدار‬
.
‫نوسان‬ ‫تغییر‬
‫کانتیلیور‬
‫فرکانس‬ ‫یک‬ ‫شدت‬ ‫تغییر‬ ‫باعث‬
‫یا‬ ‫جذب‬ ‫با‬ ‫نوری‬ ‫خاص‬
‫واجذب‬
‫روی‬ ‫خاص‬ ‫ماده‬
‫کانتیلیور‬
‫کمتر‬ ‫مصرفی‬ ‫توان‬ ،‫باال‬ ‫فرکانس‬