听说过量子点电视吗？由于量子点的色彩表现能力，其有着非同一般的画质体验。
10月4日，因“发现和合成量子点”，来自美国麻省理工学院的蒙吉·巴文迪、美国哥伦比亚大学的路易斯·布鲁斯和俄罗斯物理学家阿列克谢·伊基莫夫被授予2023年诺贝尔化学奖。
究竟什么是量子点？量子点的色彩表现能力是怎么被发现的？除了量子点电视，它还有什么应用前景？
【迷人而不同寻常的特性】
一般而言，元素的性质取决于它有多少电子。然而，当半导体收缩到纳米尺寸时，会出现一个奇特的现象：尺寸越小，能带宽度变大，出现“蓝移”，即发光越来越蓝；尺寸越大，能带宽度变小，出现“红移”，即发光越来越红。这种奇特现象也被称为“量子尺寸效应”。
量子点是一种半导体纳米颗粒，其尺寸非常小，从几纳米到十几纳米，硒化镉、磷化铟等是常见的量子点材料。由于量子尺寸效应，不同尺寸的硒化镉纳米颗粒，光的颜色会不一样。
诺贝尔化学委员会主席约翰·奥奎斯特说：“量子点有许多迷人而不同寻常的特性。重要的是，它们根据大小有不同的颜色。”
【代表作被引用次数接近一万次】
诺贝尔化学奖经常被戏称为“诺贝尔理综奖”，今年的获奖工作在复旦大学化学系教授董安钢看来，可谓“非常化学”，“阿列克谢·伊基莫夫和路易斯·布鲁斯相互独立地创造了量子点，蒙吉·巴文迪合成了量子点，而合成是化学最显著的特征。”
20世纪80年代初，阿列克谢·伊基莫夫一直在研究掺杂了玻璃的氯化铜，他发现氯化铜的尺寸与玻璃发光的颜色密切相关，并提出利用量子尺寸效应来解释这个现象。
几年后，路易斯·布鲁斯首次证明了溶液中的半导体纳米颗粒同样具有量子尺寸效应。
1993年，蒙吉·巴文迪革新了量子点的化学合成路线，合成了单分散、尺寸均匀的量子点纳米颗粒，为后续量子点的物理、化学性质研究与产业化应用奠定了坚实的基础。
三位获奖者中，路易斯·布鲁斯算是最资深的科学家，他是另一位获奖者蒙吉·巴文迪的导师。蒙吉·巴文迪和他的博士生克里斯托弗·莫雷的代表作，1993年发表在业界知名的《美国化学会志》上，至今被引用的次数已接近一万次。“说起来，克里斯托弗·莫雷是我在宾夕法尼亚大学做博士后的导师。”董安钢说。
【屏幕画质更好看、更养眼】
量子点是近四十年来为数不多实现产业化的纳米材料之一，发展潜力巨大。
量子点最突出的应用就是新一代显示屏——QLED，Q是量子点首字母缩写。“由于不同尺寸大小组成的量子点受激发后会呈现出不同的颜色，能覆盖可见光区域，因此可作为新一代显示发光材料。”yl7703永利官网材料与化学学院铋科学研究中心副教授李钰皓解释，如此呈现出来的彩色更纯、更丰富，因此视觉感受更接近人眼看到的，屏幕画质变得“更好看、更养眼”。
董安钢介绍，浙江大学彭笑刚教授在国内量子点基础研究和产业化领域堪称“翘楚”，他革新了量子点绿色合成工艺，创办的纳晶科技已在新三板上市。
2013年索尼推出全球首款量子点电视，但至今量子点电视尚未“飞入寻常百姓家”。“这主要是材料的成本问题，如果能够降低成本，相信会有更广泛的应用。”董安钢说。
除了量子点电视，它还有什么应用前景？
太阳能电池中使用量子点材料，可以提高光电转换效率。yl7703永利官网材料与化学学院特聘教授廉孜超介绍，现在的太阳能电池大多使用的是单晶硅材料，而量子点比硅吸收太阳光的范围更广，而且对光的吸收能力强，再加上在溶液中合成和后续处理量子点比较简易方便，因此量子点在太阳能电池中将有很大的应用潜力。
“由于量子点的发光谱峰更窄，不易发生串色现象，能同时对细胞内多种特定物质进行持续追踪，可应用在肿瘤标志物的分析检测、荧光手术导航中。”李钰皓告诉记者，目前这一技术在我国已进行小范围的临床使用。
量子点在催化领域也能施展拳脚。李钰皓教授介绍，比如通过光催化来分解水，产生氢气；通过光催化，把二氧化碳转化成一氧化碳、甲烷，量子点在再利用二氧化碳方面有很多优势。
量子点在量子计算机方面也能应用，如用电场约束法来合成量子点，可调控其量子特性用于制造量子计算机。目前，上理工铋科学研究中心正在研究合成铋元素的量子点，拓展量子点在生物医药及光电催化等领域的应用。
上海科技大学物质学院研究员宁志军表示，上科大的光电转化材料与器件实验室也在进行量子点表面态和自组装方面的研究，并将它应用到红外探测器件中。未来，量子点还能应用在新兴光电器件中，比如红外探测器、太阳能电池器件等。
来源：上观新闻 作者：黄海华 李蕾
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