未來顯示材料—量子點

    量子點(quantum dot)是一種準零維的納米材料，由少量的原子所構成。粗略地說，量子點三個維度的尺寸都在100納米(nm)以下外觀恰似一極小的點狀物，其內部電子在各方向上的運動都受到局限，所以量子限域效應(quantum confinementeffect)特別顯著。

    發展歷史

    1. 研究始于上世紀80年代早期2個實驗室的科學家:貝爾實驗室的Louis Brus博士和前蘇聯Yoffe研究所的Alexander Efros和Victor.I.Klimov博士

    2. 1993年，Bawendi教授領導的科研小組第*次合成出了大小均一的量子點。這一階段的量子點納米晶都是通過共沉淀法制備得來的。這種納米晶由于尺寸分布不均勻，且表面缺陷較多，難以得到實際的應用。

    3. 1994年，Alivisatos教授在Nature上發表了利用CdSe量子點構建發光二極管(LED)的文章[3]，開啟了量子點在光電轉換領域應用的密碼。

    4. 2003年，Larson等人在Science上報道了量子點的多光子發射性質，這樣在熒光成像的時候可以完全避開生物組織的背景熒光

    5. 2015年深圳市金準生物醫學工程有限公司的首個量子點標記技術的體外診斷試劑獲CFDA批準。

    六大特性

    量子點的發射光譜可通過改變量子點的尺寸大小來控制

    量子點具有很好的光穩定性

    量子點具有寬的激發譜和窄的發射譜

    量子點具有較大的斯托克斯位移

    生物相容性好

    子點的熒光壽命長

    五大效應

    1. 量子限域效應，由于量子點與電子的De Broglie波長、相干波長及激子Bohr半徑可比擬，電子局限在納米空間，電子輸運受到限制，電子平均自由程很短，電子的局域性和相干性增強，將引起量子限域效應。

    2. 量子尺寸效應，通過控制量子點的形狀、結構和尺寸，就可以方便地調節其能隙寬度、激子束縛能的大小以及激子的能量藍移等電子狀態。

    3. 表面效應，表面效應是指隨著量子點的粒徑減小，大部分原子位于量子點的表面，量子點的比表面積隨粒徑減小而增大。

    4. 量子隧道效應，是基本的量子現象之一，即當微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。

    5. 庫侖堵塞效應，當顆粒尺度到納米級，體系電荷量子化，即充電放電過程是不連續的，前一個電子對后一個電子的庫侖堵塞能Ec極大，導致一個單電子傳輸，電子不能集體傳輸，這種單電子輸運行為稱為庫侖堵塞效應。

    三大分類

    一元量子點：C量子點Si量子點

    二元量子點：不含重金屬的量子點 ZnO SiO2 等含重金屬的量子點CdS CdSe CdTe PbS等

    三元量子點：CdSexTe1-xCuInS2 CuInSe2等。

    五大制備方法

    應用領域

    顯示器件：

    1. 光轉換元件

    2. 量子點電視

    3. 量子點平板電腦

    4. 量子點智能手機

    照明器件：

    量子點燈具有如下優點：

    ①接近自然光，不同尺寸的量子點材料會發出不同顏色的光，即我們可以通過改變量子點的尺寸來改變它的顏色，使光譜覆蓋整個可見光范圍。

    ②無頻閃，通常人眼能夠感知到的頻率達70 Hz（每秒鐘閃70次），所以，量子點脈沖信號的頻率高于70 Hz，人眼不會感覺到閃爍。

    ③顯色指數高，量子點的激發譜較寬，發射譜較窄所以多色量子點同時使用時不容易出現光譜交疊，因而量子點燈的顯色指數較高，色彩更好，眼睛看起來更舒適。

    生命科學與醫學成像：

    比如在腫瘤的診斷研究中，通過對水溶性量子點的表面進行適當的化學修飾，把對某種癌細胞具有特殊識別功能的靶向分子連接到量子點的表面。

    這些表面具有識別分子的量子點就可以選擇性的識別癌細胞并與之結合，通過熒光顯微鏡找到量子點，從而對癌細胞進行識別甚至跟蹤。

    生物體系熒光探針，與傳統的熒光探針相比，納米晶體的激光光譜寬，且連續分布，而發射光譜呈對稱分布且寬度窄，顏色可調，即不同大小的納米晶體能被單一波長的光激發而發出不同顏色的光，并且光化學穩定性高，不易分解。

    新型能源器件：

    量子點敏化太陽能電池：基于量子點的太陽能電池是當前的研究熱門。

    首先，由于量子點材料的多次電子激發效應以及很大的表面積，而且它們具有很寬的吸收光譜，因此相對于傳統的太陽能電池而言有兩倍以上的光電轉換效率。

    另外，對于同一種材料而言，不同尺寸的量子點能夠吸收不同的波長，因此利用多種尺寸的量子點就能夠覆蓋整個太陽光波段，從而大大提高光能的利用率。

    量子點顯示產業鏈概述：

    量子點顯示產業鏈從上游到下游依次為上游量子點材料和阻隔膜、中游量子點膜和下游量子點電視。

    量子點材料和阻隔膜供應商：負責量子點材料和阻隔膜的設計和生產，代表性公司Nanosys和3M；

    量子點膜公司：完成量子點光學膜的涂布和復合工藝，代表性公司3M、激智科技。

    終端電視廠（代工廠）：負責量子點電視的設計、生產和銷售，代表性公司三星、TCL和海信。

    展 望

    未來更綠色、更低毒、兼容性更強、發光效率更高的量子點材料將成為量子點研究的主要方向。改變量子點材料的顆粒尺寸即可實現整個可見光譜區的覆蓋，將不同尺寸的量子點按照一定比例混合，即可實現類似于太陽光的自然光色，得到較高的顯色指數。量子點材料在提高色彩飽和度與顯色指數的同時，還能降低顯示與照明的功耗，必將成為下一代顯示與照明用核心關鍵光轉化材料。

責編：樹懶