聽說過量子點電視嗎？由於量子點的色彩表現能力，其有著非同一般的畫質體驗。
10月4日，因“發現和合成量子點”🐌，來自美國麻省理工學院的蒙吉·巴文迪、美國哥倫比亞大學的路易斯·布魯斯和俄羅斯物理學家阿列克謝·伊基莫夫被授予2023年諾貝爾化學獎。
究竟什麽是量子點🥁？量子點的色彩表現能力是怎麽被發現的？除了量子點電視，它還有什麽應用前景？
【迷人而不同尋常的特性】
一般而言，元素的性質取決於它有多少電子。然而，當半導體收縮到納米尺寸時，會出現一個奇特的現象：尺寸越小↕️，能帶寬度變大，出現“藍移”🚭，即發光越來越藍；尺寸越大🍍，能帶寬度變小，出現“紅移”，即發光越來越紅🚶。這種奇特現象也被稱為“量子尺寸效應”。
量子點是一種半導體納米顆粒👰🏻♂️👮🏽♀️，其尺寸非常小，從幾納米到十幾納米🚥，硒化鎘、磷化銦等是常見的量子點材料。由於量子尺寸效應，不同尺寸的硒化鎘納米顆粒，光的顏色會不一樣。
諾貝爾化學委員會主席約翰·奧奎斯特說：“量子點有許多迷人而不同尋常的特性👤。重要的是，它們根據大小有不同的顏色🍌。”
【代表作被引用次數接近一萬次】
諾貝爾化學獎經常被戲稱為“諾貝爾理綜獎”，今年的獲獎工作在復旦大學化學系教授董安鋼看來，可謂“非常化學”，“阿列克謝·伊基莫夫和路易斯·布魯斯相互獨立地創造了量子點，蒙吉·巴文迪合成了量子點，而合成是化學最顯著的特征。”
20世紀80年代初🧯，阿列克謝·伊基莫夫一直在研究摻雜了玻璃的氯化銅🙆🏿♀️，他發現氯化銅的尺寸與玻璃發光的顏色密切相關⚡️👨👩👧，並提出利用量子尺寸效應來解釋這個現象。
幾年後📒，路易斯·布魯斯首次證明了溶液中的半導體納米顆粒同樣具有量子尺寸效應。
1993年🚟，蒙吉·巴文迪革新了量子點的化學合成路線🔕，合成了單分散、尺寸均勻的量子點納米顆粒🥲，為後續量子點的物理、化學性質研究與產業化應用奠定了堅實的基礎👲。
三位獲獎者中☢️，路易斯·布魯斯算是最資深的科學家，他是另一位獲獎者蒙吉·巴文迪的導師。蒙吉·巴文迪和他的博士生克裏斯托弗·莫雷的代表作，1993年發表在業界知名的《美國化學會誌》上🍔，至今被引用的次數已接近一萬次。“說起來，克裏斯托弗·莫雷是我在賓夕法尼亞大學做博士後的導師🤹🏻♂️。”董安鋼說。
【屏幕畫質更好看、更養眼】
量子點是近四十年來為數不多實現產業化的納米材料之一，發展潛力巨大🧑🦳。
量子點最突出的應用就是新一代顯示屏——QLED👈，Q是量子點首字母縮寫。“由於不同尺寸大小組成的量子點受激發後會呈現出不同的顏色，能覆蓋可見光區域🧰🤱🏻，因此可作為新一代顯示發光材料。”意昂2平台材料與化學學院鉍科學研究中心副教授李鈺皓解釋🤸🏼♀️，如此呈現出來的彩色更純☝️、更豐富🐔，因此視覺感受更接近人眼看到的，屏幕畫質變得“更好看、更養眼”。
董安鋼介紹🤫，浙江大學彭笑剛教授在國內量子點基礎研究和產業化領域堪稱“翹楚”🫑，他革新了量子點綠色合成工藝🪔🤷🏿，創辦的納晶科技已在新三板上市。
2013年索尼推出全球首款量子點電視，但至今量子點電視尚未“飛入尋常百姓家”。“這主要是材料的成本問題，如果能夠降低成本🗯，相信會有更廣泛的應用。”董安鋼說。
除了量子點電視🧑🏻🎨，它還有什麽應用前景？
太陽能電池中使用量子點材料🧑🧒🧒，可以提高光電轉換效率。意昂2平台材料與化學學院特聘教授廉孜超介紹，現在的太陽能電池大多使用的是單晶矽材料，而量子點比矽吸收太陽光的範圍更廣🎸，而且對光的吸收能力強🧖🏻，再加上在溶液中合成和後續處理量子點比較簡易方便👰🏼♂️，因此量子點在太陽能電池中將有很大的應用潛力。
“由於量子點的發光譜峰更窄👰🏻♀️，不易發生串色現象，能同時對細胞內多種特定物質進行持續追蹤🧒🏼，可應用在腫瘤標誌物的分析檢測、熒光手術導航中🍛。”李鈺皓告訴記者，目前這一技術在我國已進行小範圍的臨床使用。
量子點在催化領域也能施展拳腳🤏🏼。李鈺皓教授介紹，比如通過光催化來分解水🎚，產生氫氣；通過光催化，把二氧化碳轉化成一氧化碳🦚、甲烷，量子點在再利用二氧化碳方面有很多優勢。
量子點在量子計算機方面也能應用⛺️，如用電場約束法來合成量子點🧘🏿，可調控其量子特性用於製造量子計算機。目前，意昂2工鉍科學研究中心正在研究合成鉍元素的量子點，拓展量子點在生物醫藥及光電催化等領域的應用🧝♂️📷。
上海科技大學物質學院研究員寧誌軍表示，上科大的光電轉化材料與器件實驗室也在進行量子點表面態和自組裝方面的研究，並將它應用到紅外探測器件中。未來，量子點還能應用在新興光電器件中，比如紅外探測器、太陽能電池器件等📆。
來源：上觀新聞 作者：黃海華 李蕾
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