นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยีจากระบบธรรมชาติสู่การสังเคราะห์ นาโนเทคโนโลยีโดยการสังเคราะห์ (3)
 
 
          ควอนตัมดอท (quantum dot) (หรือบางครั้งก็เรียกว่าจุดระดับควอนตัม)   เป็นโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นผลึกนาโน (nanocrystal) ของสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) เช่น  แคดเมียมเซลิไนด์ (CdSe) และ เลดซัลไฟด์ (PbS) ซึ่งประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนระหว่าง 100 - 1,000 อิเล็กตรอน และเป็นโครงสร้างนาโนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วงระหว่าง 2 - 10 นาโนเมตร (หรือประกอบไปด้วยอะตอมจำนวนประมาณ 10-50 อะตอม) เมื่อมองโครงสร้างของควอนตัมดอทนี้ผ่านเครื่องมือที่สามารถสำรวจโครงสร้างระดับนาโนได้  จะมองเห็นว่าโครงสร้างนี้มีลักษณะเป็นจุด (dot) จึงเป็นที่มาของโครงสร้างนาโนที่เรียกว่า  ควอนตัมดอท  นี่เอง และเมื่อโครงสร้างของควอนตัมดอทที่ได้จากสังเคราะห์มีขนาดเล็กระดับนาโนนี้  ทำให้โครงสร้างนี้หรือจุดนี้ก็จะแสดงพฤติกรรมภายในอะตอมหรือภายในโมเลกุลแบบควอนตัม (quantum)   ตามหลักการทางฟิสิกส์ควอนตัม (quantum physics)   (หรือมีสถานะเป็นแบบควอนตัมนั่นเอง) จึงเรียกโครงสร้างนาโนของวัสดุที่มีลักษณะเช่นนี้ว่า  ควอนตัมดอท (หรือเรียกกันอีกชื่อหนึ่งว่าผลึกนาโนของสารกึ่งตัวนำ)
 
 
โครงสร้างนาโนของควอนตัมดอท  ที่เป็นควอนตัมดอทของแคดเมียมเซลิไนด์ (CdSe)
 
   ควอนตัมดอทมีขนาดของโครงสร้างที่เล็กมาก  โดยถ้าเทียบกับความยาวประมาณ 2 เซนติเมตร  ก็เป็นระยะความยาวที่สามารถจัดเรียงโครงสร้างของควอนตัมดอทได้ทั้งสิ้นประมาณ 4,000,000 ดอทด้วยกัน 
              <----- ใช้เม้าส์คลิ๊กที่ปุ่ม START เพื่อแสดงผลภาพเคลื่อนไหวโครงสร้างควอนตัม ดอท ----->
 
          ควอนตัมดอทเป็นโครงสร้างนาโนที่ได้จากการสังเคราะห์  โดยโครงสร้างระดับนาโนของควอนตัมดอทนี้  ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน  ได้แก่  ส่วนแกนของควอนตัมดอท (core quantum dot) และส่วนผิวรอบนอกของควอนตัมดอท (core-shell coating)
 
 
          ควอนตัมดอทเป็นโครงสร้างนาโนสังเคราะห์ที่มีคุณสมบัติที่พิเศษ  อันเกิดจากการที่อิเล็กตรอนที่อยู่ภายในโครงสร้างนาโนของควอนตัมดอท  ถูกจำกัดบริเวณการเคลื่อนที่ทั้งสามมิติไว้ (quantum confinement) ทำให้อิเล็กตรอนเหล่านั้นสามารถที่จะเคลื่อนที่ได้ในปริมาตรที่จำกัด  ซึ่งจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเหมือนกับที่เกิดขึ้นในโครงสร้างขนาดใหญ่ (เป็นปรากฎการณ์ที่จะไม่เกิดขึ้นหรือเกิดขึ้นน้อยมากสำหรับโครงสร้างขนาดปกติ)
 
 
 
          การถูกกักขังนี้จึงส่งผลให้เกิดระดับการส่งผ่านพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง หรือเกิดเป็นพลังงานแบบควอนตัมนั่นเอง ส่งผลให้ค่าระดับพลังงานของอิเล็กตรอนภายในควอนตัม ดอทสามารถควบคุมให้แปรเปลี่ยนไปตามขนาดของควอนตัมดอท  ซึ่งจะพบว่าควอนตัมดอทที่มีขนาดโครงสร้างเล็ก  จะมีช่วงของช่องว่างระหว่างแถบพลังงานอิเล็กตรอน (energy band gap) (ซึ่งเป็นช่องที่อยู่ระหว่างแถบพลังงานต่ำ (conduction band) และแถบพลังงานสูง (valence band)) ของระดับพลังงานที่กว้างมากกว่าควอนตัมดอทที่มีขนาดโครงสร้างใหญ่กว่า  และโครงสร้างของควอนตัมดอทที่มีขนาดเล็กกว่าจะมีค่า Exciton Bohr Radius ที่มากกว่าโครงสร้างควอนตัมดอทที่มีขนาดใหญ่อีกด้วย 
 
              <----- ใช้เม้าส์คลิ๊กที่ปุ่ม START เพื่อแสดงผลภาพเคลื่อนไหวโครงสร้างควอนตัม ดอท ----->
 
          ควอนตัมดอทจะมีคุณสมบัติที่เห็นได้อย่างชัดเจนในทางไฟฟ้าและทางแสง  คุณสมบัติหนึ่งในทางแสงที่เป็นรู้จักและเห็นได้ด้วยตาเปล่า  ก็คือสีสันของควอนตัมดอทที่มีการเปลี่ยนแปลงตามระดับขนาดของควอนตัมดอทเอง โดยที่ควอนตัมดอทที่มีขนาดต่างๆ กันจะให้สีสันที่แตกต่างกันไปด้วย พบว่าควอนตัมดอทที่มีขนาดใหญ่จะมีสีสันที่แสดงออกมาอยู่ในขอบเขตของสีแดง และควอนตัมที่มีขนาดที่เล็กลงลดหลั่นกันลงมาจะมีสีสันอยู่ในขอบเขตของสีน้ำเงิน ซึ่งแถบสีควอนตัมดอทแสดงออกมานั้นมีความสัมพันธ์กับระดับพลังงานภายในควอนตัมโดยตรง  การที่ควอนตัมดอทที่มีขนาดใหญ่แสดงสีสันอยู่ในช่วงของสีแดง  เนื่องจากว่าอิเล็กตรอนภายในควอนตัมดอทนั้นมีระดับพลังงานที่มากขึ้น (เพราะมีที่ว่างมากขึ้น) ทำให้ควอนตัมดอทนี้ดูดกลืนโฟตอนที่มีพลังงานน้อย  จึงมีสีที่อยู่ในช่วงด้านปลายของสเปคตรัมสีแดงนั่นเอง  
 
              <----- ใช้เม้าส์คลิ๊กที่ปุ่ม START เพื่อแสดงผลภาพเคลื่อนไหวโครงสร้างควอนตัม ดอท ----->
 
          จากคุณสมบัติพิเศษนี้ของควอนตัมดอท  จึงมีการนำควอนตัมดอทไปใช้ในทางการแพทย์  สำหรับช่วยในการพิมพ์ภาพทางชีวภาพ (bioimaging) เพื่อระบุตำแหน่งและติดตามศึกษาเซลล์หรือโมเลกุลชีวภาพภายในร่างกายได้ง่าย  และมีประสิทธิภาพมากขึ้น  และนำมาใช้สำหรับเป็นเซ็นเซอร์หรือตัวรับสัมผัสทางชีวภาพ (biological sensors)
 

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3   

เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL 

พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

 1. ไฟฟ้าสถิต   2.  สนามไฟฟ้า   3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า   6. กระแสไฟฟ้า  7. สนามแม่เหล็ก   8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ   10. ทรานซิสเตอร์  11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม   

15. โครงสร้างของอะตอม   16. นิวเคลียร์   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์