量子點(diǎn)為世界增添奇幻色彩

2023年，瑞典皇家科學(xué)院宣布將當(dāng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)麻省理工學(xué)院的蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi）、美國(guó)納米晶體科技公司的阿列克謝·埃基莫夫（Alexei I. Ekimov）和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的路易斯·布魯斯（Louis E. Brus）三位科學(xué)家，以表彰他們?yōu)椤鞍l(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)”做出的貢獻(xiàn)。

那么，什么是量子點(diǎn)呢？合成量子點(diǎn)的意義是什么？

什么是量子點(diǎn)

在一張白紙上，用一支圓珠筆的筆尖輕輕一觸，一個(gè)不起眼的小點(diǎn)就出現(xiàn)了，它的直徑往往不足1毫米。然而，量子點(diǎn)比紙上這個(gè)小點(diǎn)還要小得多，通常為2～20納米，這是什么概念呢？把一個(gè)量子點(diǎn)與一個(gè)足球?qū)Ρ?，就相?dāng)于一個(gè)足球與地球相比。

事實(shí)上，量子點(diǎn)并非真正的“點(diǎn)”，而是“半導(dǎo)體納米晶體”，它呈球形或類球形，由數(shù)千個(gè)原子構(gòu)成。那它的名字中為何有“量子”二字呢？這與它的特性有關(guān)。就像其他微觀粒子一樣，量子點(diǎn)可以產(chǎn)生量子效應(yīng)。這些量子效應(yīng)如同一種神奇的科學(xué)魔法，當(dāng)量子點(diǎn)受到光或電場(chǎng)的激發(fā)時(shí)，會(huì)發(fā)出特定頻率的光；而發(fā)出的光的頻率會(huì)隨著這種半導(dǎo)體尺寸的改變而變化。因此通過(guò)調(diào)節(jié)這種納米半導(dǎo)體的尺寸，我們就可以控制其發(fā)出光的顏色，其顏色可以覆蓋從藍(lán)光到紅光的整個(gè)可見(jiàn)光譜區(qū)，并具有色純度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

較大尺寸的量子點(diǎn)發(fā)紅光，其直徑通常為7納米（150個(gè)原子）左右。發(fā)綠光的量子點(diǎn)顆粒直徑約3納米（30個(gè)原子）。發(fā)藍(lán)光的量子點(diǎn)最小，其內(nèi)核直徑約為2納米（15個(gè)原子）；而由于其尺寸太小，量子點(diǎn)顆粒非常脆弱，難以處理，因此在面板顯示技術(shù)中對(duì)紅色和綠色量子點(diǎn)用得最多。

量子點(diǎn)有什么用

在量子點(diǎn)問(wèn)世之初，就有學(xué)者根據(jù)量子點(diǎn)獨(dú)特的光電特性預(yù)測(cè)：它的主要應(yīng)用將集中在電子與光學(xué)領(lǐng)域。在2002年前后，量子點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化探索階段，領(lǐng)跑者是電視產(chǎn)業(yè)。電視屏幕的色彩，經(jīng)過(guò)量子點(diǎn)技術(shù)之轉(zhuǎn)化，變得豐富多彩，為用戶帶來(lái)無(wú)比真實(shí)的色彩體驗(yàn)。此后，QLED高清電視應(yīng)運(yùn)而生（其中Q代表量子點(diǎn)），在這些屏幕中，利用獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的節(jié)能二極管產(chǎn)生藍(lán)光。量子點(diǎn)用于改變部分藍(lán)光的顏色，將其轉(zhuǎn)化為紅光或綠光。這樣就可以產(chǎn)生電視屏幕所需的三原色光。

同樣，一些 LED 燈也可以使用量子點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)二極管的冷光。這樣，光線就可以像日光一樣充滿活力，或者像調(diào)暗的燈泡所發(fā)出的暖光一樣讓人平靜。

量子點(diǎn)發(fā)出的光還可用于生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。生物化學(xué)家們將量子點(diǎn)附著在生物分子上，繪制出細(xì)胞和器官圖。醫(yī)生們已經(jīng)開(kāi)始研究量子點(diǎn)在追蹤體內(nèi)腫瘤組織方面的潛在用途。化學(xué)家則利用量子點(diǎn)的催化特性來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。

未來(lái)，隨著元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各類電子設(shè)備上大大小小的顯示屏或液晶面板，在量子點(diǎn)技術(shù)的助力下，將給人們帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的視覺(jué)體驗(yàn)。

欄目責(zé)編：韋春艷