據諾貝爾官網消息，北京時間10月4日下午5點45分，瑞典皇家科學院宣布將2023年諾貝爾化學獎授予美國麻省理工學院教授蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi），美國哥倫比亞大學教授路易斯·布魯斯（Louis E. Brus）和美國納米晶體科技公司科學家阿列克謝·葉基莫夫（Alexei I. Ekimov），以表彰他們在“發現和合成量子點”方面的貢獻。[1]

   值得注意的是，路易斯·布魯斯目前正擔任納晶科技科學顧問，在量子點領域開展合作。

2023年諾貝爾化學獎得主，圖片來源諾獎官網

01 布魯斯為中國企業擔任科學顧問

   據悉，納晶科技創始人、浙江大學化學系教授彭笑剛與布魯斯有著很深的交往，而這段緣分要從十幾年前說起，彭笑剛2009年回國創立量子點領域科技公司納晶科技，布魯斯在得知后給予其極大鼓勵，并愿意無償擔任其科學顧問。

   “十幾年來，一直為我們發展出謀劃策，也不收取任何報酬。”彭笑剛表示，雖然年事已高，但布魯斯仍然關注著量子點領域發展。

布魯斯教授受邀來訪杭州私人彭笑剛實驗室、納晶科技公司，圖片來自納晶科技

02 量子點的發現、合成與發展

   量子點，又稱半導體納米晶。每一個量子點是由數百至上百萬原子組成、尺寸一般在幾個到幾十納米的半導體單晶顆粒。

   20世紀80年代初，葉基莫夫和布魯斯各自獨立成功合成了量子點材料，并觀察到多種量子尺寸效應，拉開了量子點研究的序幕。[2]1993年，巴文迪完善了“金屬有機-配位溶劑-高溫”合成法，首次合成出高質量的量子點材料，實現了量子點合成的首次重大突破。[3]但是，由于使用了易燃易爆的二甲基鎘和高成本的三正辛基氧膦，該方法受限明顯，因此并不適合大規模產業化的推廣。

   據介紹，直到2000年左右，量子點合成化學迎來了里程碑式的突破。彭笑剛以穩定易得的氧化物或羧酸鹽為前體，發明了綠色有機溶劑合成路線[4-5]，第 一次在低溫且安全可控的條件下合成尺寸均一、高質量的量子點，成功打通了量子點從實驗室合成到大規模生產的最大障礙。自此，量子點開始進入了產業化的新紀元。

   新材料的大規模應用離不開其優異性能的支持。作為發光和光電材料，量子點只有在激發態才能體現其性能。

   因此，彭笑剛在原來的基礎上更進一步，率先提出了“量子點激發態合成控制”新概念，系統闡明量子點表面本征缺陷對其激發態性質的影響機制，進而引入熵配體實現無表面本征缺陷核殼結構量子點合成，在II-VI和III-V族核殼量子點系統中實現可控、可調的理想激發態性質。[6-9]

   此次，諾貝爾獎以“量子點發現與合成”頒獎，一定程度上意味著量子點材料近些年產業化落地取得不錯的成果，其應用價值獲得充分認可。

   從發展來看，量子點材料應用前景廣闊，涵蓋顯示、光伏、CMOS、生物檢測、照明等領域，尤其在顯示領域，其被認為是極具潛力的新一代發光和光電材料。

03 量子點顯示技術的發展與應用

   目前，我國新型顯示產業正處在高速成長期，以電視行業為例，出貨量主流以 LCD 為主，全年出貨在2.1億臺左右。在中高端領域，以量子點、OLED 以及 Mini LED 背光技術等為代表，構成了當下智能電視行業的主流顯示技術。

   其中，量子點作為一項賦能式的技術也正在被更多的下游終端企業和終端消費者認可，量子點電視的市場占有率預期將會快速提升。

   根據Omdia數據顯示，全球量子點電視市場需求呈現逐年快速增長趨勢，其中2022年全球量子點電視出貨1130萬臺，2023年預計全球出貨1330萬臺，同比增長18%。

   顯示市場的發展方向不斷向高色域、低功耗、護眼舒適等方向發展，量子點具有半峰寬窄、發光效率高、感知亮度高、發光峰位隨尺寸可調等性能優勢，可精準匹配新型顯示日益增長的需求，覆蓋電視、顯示器、車載、筆電、平板、手機及可穿戴等不同尺寸、不同應用場景的產品。

   在顯示材料國產化征程中，國內企業深耕以量子點材料為核心的顯示技術，構筑技術和專利壁壘，自主研發了低鎘/無鎘量子點材料、量子點膜、量子點擴散板、量子點芯片原位封裝（QD-LED）、量子點色轉換技術（QDCC）、量子點電致發光（AM-QLED）等技術與產品，逐步實現商業化。

   在支撐中國國內現存產業方面，液晶背光已投放了量子點管、量子點膜和量子點擴散板三代產品，并開發量子點芯片原位封裝技術。據納晶科技介紹，其是全世界唯 一一家投入并引領這四代量子點背光源顯示產品的公司，也是唯 一一家支持了中國所有顯示產業龍頭企業的量子點公司。

納晶科技是唯 一一家規模化投產并引領了四代量子點背光源顯示的企業

   近期，納晶科技更是在耐高溫量子點擴散板材料方面取得了突破性進展，推出了量子點擴散板2.0迭代產品，使得量子點擴散板能夠在更高溫度下穩定性更強、機械性能更優，將保障量子點在下游顯示及終端產品中得到更為穩定的市場應用，同時也為量子點顯示產業的發展貢獻力量。

   據納晶科技表示，上述三代量子點背光產品都不能滿足小屏（主要是手機屏）的產品要求，只有其終極形態QD-LED才能攻下這個重要市場。

   由于QD-LED中的量子點與藍光LED直接接觸，受到光和熱的影響成幾何級數增加，對量子點可靠性的要求更為苛刻，經過十多年的努力，納晶科技終于完成了QD-LED的實驗室開發與中試，開始與頭部手機企業進入量子點手機產品設計與定型階段，給LCD手機提供與OLED手機優勢競爭的機會。

   此外， QDCC作為國產自研、成本更低、工藝適配性強的高色域色轉換技術，量子點墨水和光刻膠可應用于各個新型顯示技術。

   令人期待的是，量子點顯示的顛覆性技術路線AM-QLED，是一項基于量子點發光材料的主動式電致發光技術。

   區別于目前高端顯示OLED技術，主要通過溶液工藝的方式實現，可以像印報紙一樣印刷顯示發光陣列，具備顯著的設備/材料成本優勢、能耗與物耗優勢和突出的顯示性能優勢。

   更為重要的是，納晶科技是該產業路線的奠基者之一（2014年作為完成單位之一榮獲中國科學十大進展），在該產業路線方向目前處于國際領先地位。不同于LCD和OLED顯示，我國不只是在知識產權和技術上領先，而且在AM-QLED產業路線的全鏈條都處于領先地位。因此，溶液加工的AM-QLED顯示路線不僅僅是顯示產業的顛覆性技術，也是中國顯示產業從大到強的難得機遇。

04 量子點未來想象空間巨大

   不止于顯示，由于量子點豐富的物理化學性質，近年來不僅吸引諸多學者投身其中，許多科技公司也在這一領域紛紛布局。

   未來量子點的應用將超越顯示并實現產業化，給人以無限的想象空間。正如諾貝爾化學獎委員會所說，量子點合成材料的潛力還遠未被完全挖掘，量子點在未來可以為量子計算、柔性電子產品、微小傳感器、更薄的太陽能電池，甚至量子加密通信等領域做出貢獻--因此，我們才剛剛開始探索這些微小粒子的潛力。

   參考資料：

   [1] The Nobel Prize in Chemistry 2023, Retrieved October 5, 2023, from https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/press-release/

   [2] Efros, A. L.; Brus, L. E. Nanocrystal Quantum Dots: From Discovery to Modern Development. ACS Nano 2021, 15 (4), 6192-6210.