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Nanocrystals:

De

Nanocrystals and Their Mesoscopic Organization is an up-to-date monograph on an important aspect of nanoscience and technology. It opens with an elegant introduction including a brief historical account. Emphasis is then given to diverse synthetic methods, both chemical and physical, in addition to modern hybrid methods. The orientation shifts gradually to properties of nanocrystals that evolve with size; detailed discussions are to be found on mesoscalar assemblies in different dimensions, special cases of core-shell and magic nuclearity nanocrystals. The authors also address applications of nanocrystals, carefully separating out potential applications and those that have already emerged, and cite around 900 references from the literature, most from the last decade. Tables providing information at a glance and schematic diagrams at relevant places, make the monograph appealing to read. Occasionally, the reader is reminded of the contributions of celebrated past masters such as Michael Faraday. In summary, the monograph serves as a general introduction as well as a handy reference for the entire community of researchers and practitioners.

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Contents
1
2
Basics of Nanocrystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Properties of Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Geometric Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Magnetic Properties of Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Electronic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.4 Optical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.5 Other Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 2.2
Synthesis of Nanocrystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Physical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Inert Gas Condensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Arc Discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Ion Sputtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4 Laser Ablation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5 Pyrolysis and Other Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.6 Spray Pyrolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Metal Nanocrystals by Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Solvothermal Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Photochemical Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.4 Electrochemical Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.5 Nanocrystals of Semiconductors and Other Materials by Arrested Precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6 Thermolysis Routes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.7 Sonochemical Routes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.8 Micelles and Microemulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.9 The Liquid–Liquid Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.10 Biological Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.11 Hybrid Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.12 Solvated Metal Atom Dispersion (SMAD) . . . . . . . . . . . . 2.2.13 Post-synthetic Size-Selective Processing . . . . . . . . . . . . . .
1 1 3 4 9 12 19 23
25 25 25 27 27 28 28 29 29 30 38 42 42
44 46 52 54 56 56 58 58 59
VIII
3
4
5
6
Contents
2.3
2.4 2.5
Nanocrystals of Different Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanocrystals . . . . . 2.3.2 Shape-Controlled Synthesis of Semiconductor and Oxide Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Doping and Charge Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tailoring the Ligand Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Programmed Assemblies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 One-Dimensional Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Rings and Associated Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Two-Dimensional Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Metal Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Semiconductor and Oxide Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Other Two-Dimensional Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4 Mechanism of Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Three-Dimensional Superlattices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Superclusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Colloidal Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60 60
63 66 67
69 69 72 74 75 79 81 81 83 88 89
Properties of Nanocrystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 4.1 Melting Point and Heat Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.2 Electronic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.1 Catalysis and Reactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.3 Optical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.4 Magnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Core–Shell Nanocrystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 5.1 Synthesis and Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.1.1 Semiconductor–Semiconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.1.2 Metal–Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5.1.3 Metal–Oxide, Semiconductor–Oxide, and Oxide–Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 5.2 Assemblies of Core–Shell Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.2 Nanocrystals as Fluorescent Tags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.3 Nanocrystal-Based Optical Detection and Related Devices . . . . 139 6.4 Biomedical Applications of Oxide Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . 141 6.5 Optical and Electro-Optical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.6 Dip-Pen Nanolithography with Nanocrystals . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.7 Nanoelectronics and Nanoscalar Electronic Devices . . . . . . . . . . 145 6.8 Nanocomputing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
http://www.springer.com/978-3-540-68751-1