日前，2023年諾貝爾化學獎花落“量子點”。美籍法國–突尼斯裔化學家蒙吉G.巴文迪（MoungiG.Bawendi），美國化學家路易斯E.布魯斯（LouisE.Brus）和俄羅斯物理學家阿列克謝I.葉基莫夫（AlexeiI.Ekimov）因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點”獲得2023年諾貝爾化學獎。
量子點是一類微小顆粒，已經(jīng)應用在多個領域。例如，電視屏幕和LED燈的光線傳導都與量子點相關，它們可以催化化學反應，發(fā)出的光線也能為外科醫(yī)生照亮腫瘤組織。
據(jù)中國科學院半導體研究所研究員楊曉光介紹，我國在《前沿材料產業(yè)化重點發(fā)展指導目錄（第一批）》中，明確提出發(fā)展量子點材料。目前，我國在量子點材料相關科研和產業(yè)方面，均處于國際領先水平，可將其打造為我國未來的長板產業(yè)。
量子點材料是什么？
量子點材料是一種準零維的納米材料，由少量的原子構成，具有高發(fā)光效率、高色純度、高色域、可溶液加工等特點。量子點材料具體包括藍色磷光材料、硅基量子點頻梳激光器材料等，可應用于新一代信息技術等領域。
量子點技術是如何發(fā)展與推進的？
與諸多改變人類發(fā)展進程的重大發(fā)現(xiàn)一樣，量子點也是被偶然發(fā)現(xiàn)的。阿列克謝I.葉基莫夫于1980年在研究彩色玻璃時發(fā)現(xiàn)了納米顆粒的尺寸依賴性質，標志著量子點的發(fā)現(xiàn)；1983年，路易斯E.布魯斯在研究硫化鎘膠體溶液后提出了量子點光學性質的量子尺寸效應；蒙吉G.巴文迪于1993年提出了具有劃時代意義的“熱注射法”，制備出了均勻、尺寸可調的高質量量子點，極大地推動了該研究領域的發(fā)展。三位科學家的突破性工作為量子點技術的發(fā)展鋪平了道路，將其從實驗室推向實際應用。
據(jù)楊曉光介紹，在半導體領域，1986年，日本東京大學的荒川教授（Arakawa）提出并預測了半導體材料結構從二維量子阱演變到零維量子點后材料性能的變化。此后，將量子點材料應用于光電器件，特別是激光器成為重要的技術發(fā)展趨勢。一個典型例子是量子點激光器可以在200℃的高溫下正常工作，遠超傳統(tǒng)半導體激光器的工作溫度上限。
量子點材料可應用于哪些領域？
據(jù)廈門大學材料學院教授解榮軍介紹，量子點材料最具商業(yè)價值的應用是在高清顯示領域，包括電視、電腦、平板電腦、手機等，具有萬億級市場規(guī)模。在精確控制下不同尺寸的量子點，在受到外來能量激發(fā)后，可發(fā)出對應波長的光，這是量子點材料用于顯示應用的第一個關鍵優(yōu)勢。量子點材料的第二個關鍵優(yōu)勢是它們的發(fā)光光譜非常窄，使得其發(fā)光顏色異常純凈，使顯示屏幕可以呈現(xiàn)更鮮艷、更真實的顏色。溶液可加工性是量子點材料的第三個關鍵優(yōu)勢，這意味著材料加工成本低且與多種化學溶劑有兼容性。
事實上，量子點顯示只是一道“開胃菜”。量子點材料并未止步于顯示，生物成像、傳感器、太陽能電池等都將成為它的應用落地場景。
“今天，量子點材料已成為納米技術中不可或缺的部分，在生物化學、醫(yī)學等領域，量子點材料都具有廣泛的應用。”解榮軍表示，量子點材料抗退化，亮度是有機染料的10—20倍，該特性可以使量子點熒光探針對細胞生命過程進行更長時間的跟蹤；量子點材料具有化學惰性且具有較大的比表面積，保證了較高的載藥能力，因此可以在生物系統(tǒng)中標記納米載體，適用于治療性藥物輸送；量子點材料還具有表面修飾的可行性，可以通過相互作用與肽、碳水化合物、DNA片段、病毒和天然產物進行生物偶聯(lián)。這些應用不僅顯示了量子點材料在生物醫(yī)學研究中的潛力，也為我們提供了探索生命過程和疾病治療的新途徑。
楊曉光表示，目前我國在量子點材料研究及其產業(yè)應用方面，均處于國際先進水平。量子點材料很有希望成為我國在光電、信息、顯示等領域的“強手棋”?！爸Z貝爾獎的頒布帶動了量子點材料的關注度，有望進一步推動其產業(yè)化發(fā)展，使其在更多領域發(fā)揮價值?！苯鈽s軍表示。
圖片來源|我圖網(wǎng)
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