微小レーザのQDsリサイクル技術を開発

December, 3, 2024, Glasgow--ストラスクライドの研究チームは、超粒子レーザ(非常に小さなスケールで光を正確に制御する技術)を作成するために使用された微小粒子をリサイクルする方法を発見した。

Leverhulme Trustが資金提供したこのブレークスルーは、これらの貴重な材料をより持続可能な方法で管理するのに役立つ可能性がある。

超粒子レーザは、量子ドット(QDs)と呼ばれる特殊な粒子でできた小さな球体に光をトラ粒することで機能し、光を非常に効率的に吸収、放出、増幅することができる。

それらは、QDsを溶液中で混合して、小さな泡でくっつくのを助けることによって作られる。ただし、すべての試みが成功するわけではなく、成功したレーザでさえ時間の経過とともに劣化する。これにより、材料が無駄になり、高額になる可能性がある。

リサイクル方法
これらの粒子をリサイクルするというアイデアは、無駄な量子ドット(QDs)の高コストについてのチームディスカッションで浮かび上がった。ストラスクライド大学フォトニクス研究所のPh.D学生Dillon Downieは、見込のあるソリューションを提案し、チームリーダーDr Nicolas Laurandの支援を受けて、チームはそのアイデアをテストした。驚いたことに、チームは粒子を回収して再利用し、新しいレーザを作ることができた。

「超粒子レーザは、標的薬物送達やセンシングアプリケーション、およびコンパクトな電子システムのコンポーネントにすでに使用され始めている。ナノ粒子凝集体や超粒子レーザは、ウェアラブル医療機器から超高輝度LEDsまで、あらゆる分野でますます重要な役割を果たすことが期待されている」(Dillon)。

われわれのリサイクル方法は、新しいナノ粒子の必要性と古いナノ粒子の廃棄を最小限に抑えることにより、コストと環境への影響を削減し、あらゆるコロイドナノ粒子種、特に希土類ナノ粒子種に適用できるはずである。
Optical Materials Express誌に掲載された「Recycling self-assembled colloidal quantum dot supraparticle lasers」と題された論文で、ストラスクライドの研究チームは、使用済みのレーザから量子ドットをリサイクルして、オリジナルと同様に機能する新しいレーザを作成する方法を説明している。

「この手法は、超粒子のライフサイクルを延長するために使用され、医療用バイオセンサなどの様々な用途に再利用できると考えている。これは、持続可能なナノエンジニアリングに向けた大きな前進を表している」(Dillon)。

簡単な方法
リサイクルプロセスは、粒子を加熱して音波にさらすことにより、使用済みのレーザを分解することから始まる。次に、量子ドット(QDs)を油と水の混合物を使用して不純物から分離し、粒子をろ過し、コーティングして特性を回復させた。最後に、研究チームはリサイクルされたドットをテストして、効果的に光を放出できることを確認し、それらを使用して新しいレーザを作成した。

この方法では、元の量子ドットの85%が回復したが、それでも新しい量子ドットとほぼ同等の性能を発揮した。その後、リサイクルされたドットを使用して、オリジナルと同じように機能するレーザが作られた。

チームは、リサイクルが時間の経過とともに量子ドットの性能にどのように影響するかを研究し、より複雑で特殊な粒子をリサイクルする方法を開発する予定である。

「われわれのシンプルな方法は、派手な機器を必要としないため、ほとんどの研究室で使用できる。これは、先端材料をより持続可能なものにするための大きな一歩である」(Dillon)。