Chấm lƣợng tử dạng keo rất khác biệt so với các chấm lƣợng tử chế tạo theo phƣơng pháp khắc và phƣơng pháp mọc ghép, vì chúng đƣợc tổng hợp hóa học bằng phƣơng pháp hóa ƣớt, và tồn tại dƣới dạng các hạt nano tự do không cần giá đỡ, hay nói cách khác là các tinh thể nano dạng này đƣợc phát triển trong dung dịch. Chấm lƣợng tử dạng keo chỉ là một phân nhóm của lớp vật liệu rộng lớn hơn. Lớp vật liệu này có thể đƣợc tổng hợp ở cấp độ thang nano bằng cách sử dụng phƣơng pháp hóa ƣớt. Trong quá trình chế tạo tinh thể nano dạng keo, bình phản ứng sẽ chứa một hỗn hợp lỏng của các hợp chất dùng cho việc điều khiển sự cấu thành và phát triển của hạt nhân. Nói chung, trong quá trình tổng hợp chấm lƣợng tử trong dung dịch, mỗi loại nguyên tử cấu thành tinh thể nano sẽ đƣợc cho vào bình phản ứng để tạo thành một tiền chất. Tiền chất có thể là một phân tử hay là một hợp chất chứa vài loại nguyên tử cần cho quá trình phát triển tinh thể nano. Ngay khi các tiền chất đƣợc cho vào bình phản ứng, chúng sẽ phân ly tạo thành các chất phản ứng mới (các monomer), các monomer sẽ tham gia vào việc cấu thành hạt nhân và quá trình phát triển của tinh thể nano. Năng lƣợng cần cho việc phân ly các tiền chất do các chất lỏng trong bình phản ứng cung cấp, bởi quá trình va chạm nhiệt hay bởi một phản ứng hóa học giữa môi trƣờng chất lỏng và các tiền chất hay bởi cả hai [8].
Yếu tố then chốt điều khiển sự phát triển của tinh thể nano dạng keo là sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt trong bình phản ứng. Chất hoạt động bề mặt là một phân tử có hoạt tính cao bám trên bề mặt của chấm lƣợng tử đang lớn dần trong lúc phản ứng đang xảy ra. Dƣới các điều kiện phản ứng nhất định, chất hoạt động bề mặt phải cung cấp đủ độ linh động cần thiết để cho phép các monomer thâm nhập và gắn vào các chấm lƣợng tử, trong khi vẫn đảm bảo đƣợc tính ổn định trong quá trình phát triển hạt bằng việc ngăn ngừa các tinh thể nano kết tập lại với nhau. Tùy từng trƣờng hợp mà ngƣời ta sử dụng các loại chất hoạt động bề mặt khác nhau: một phân tử liên kết với bề mặt chấm lƣợng tử quá chặt thì không thích hợp, vì nó không cho phép các tinh thể nano phát triển. Ngƣợc lại, nếu quá yếu sẽ sinh ra các hạt kích thƣớc lớn hay dẫn đến sự kết tập. Một số chất hoạt động bề mặt thích hợp có thể là: alkyl thiol, phosphine, phosphine oxide, phosphate, phosphonate, amide hay amine, carboxylic acid, và các hợp chất thơm có chứa nitơ. Nếu sự phát triển của tinh thể nano diễn ra ở nhiệt độ cao (200 – 4000C), các phân tử chất hoạt động bề mặt phải ổn định ở nhiệt độ này thì mới thích hợp cho việc điều khiển quá trình phát triển hạt.
Ở nhiệt độ thấp hơn, hay nói chung là khi hạt ngừng phát triển, các chất hoạt động bề mặt phải liên kết với bề mặt của tinh thể nano chặt chẽ hơn, lúc đó mới đảm bảo cho các tinh thể nano ổn định trong các loại dung môi khác nhau. Lớp bao phủ này cho phép đạt độ linh động cao trong quá trình tổng hợp hạt, trong đó nó có thể trao đổi với các lớp bao phủ khác của các phân tử hữu cơ có các nhóm chức hay có độ phân cực khác nhau. Ngoài ra, các chất hoạt động bề mặt có thể tạm thời đƣợc loại bỏ và một lớp epitaxy của vật liệu khác với các tính chất điện từ và quang học khác biệt có thể phát triển trên nền của hạt tinh thể nano ban đầu.
Bằng cách điều khiển hỗn hợp của các phân tử chất hoạt động bề mặt có trong lúc cấu tạo hạt nhân và trong thời gian phát triển hạt, ngƣời ta có thể điều khiển hình dạng và kích thƣớc của chấm lƣợng tử một cách chính xác.
Vì các tinh thể nano dạng keo phân tán trong dung môi, nên chúng không bị ràng buộc bởi bất kì một chất rắn hỗ trợ nào nhƣ trong trƣờng hợp chế tạo theo phƣơng pháp khắc và phƣơng pháp mọc ghép. Vì thế, ngƣời ta có thể chế tạo đƣợc chấm lƣợng tử với số lƣợng lớn trong bình phản ứng và sau đó có thể chuyển vào bất kì một chất nền hay một đối tƣợng vật chất mong muốn nào khác cũng đƣợc. Ví dụ, có thể bao phủ trên bề mặt của chúng các phân tử sinh học nhƣ là các protein hay các oligonucleotide. Nhiều phân tử sinh học thực hiện các chức năng nhận dạng phân tử với hiệu suất và độ chính xác cao. Điều này có nghĩa là các phân tử ligand ràng buộc với các phân tử thụ cảm nào đó theo một nét rất đặc trƣng. Nếu một chấm lƣợng tử dạng keo đƣợc đính vào các phân tử ligand, thì sẽ xuất hiện các liên kết đặc trƣng tới các vị trí có mặt các phân tử thụ cảm. Bằng cách này, ngƣời ta có thể tạo ra một nhóm nhỏ các chấm lƣợng tử dạng keo dùng cho việc nhận dạng phân tử và đánh dấu các phân vùng riêng biệt nào đó của một tế bào bằng các loại chấm lƣợng tử khác nhau.
Mặc dù các chấm lƣợng tử dạng keo hơi khó nối ghép về mặt truyền dẫn điện, nhƣng cũng có một số báo cáo thực nghiệm về việc truyền tải điện xuyên qua chấm lƣợng tử dạng keo đƣợc công bố. Trong các thực nghiệm này, tinh thể nano đƣợc sử dụng làm vật liệu tích cực trong các linh kiện nhƣ tranzito đơn điện tử.
CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO CHẤM LƢỢNG TỬ BÁN DẪN II – IV