【科学强国】获得2023年诺贝尔化学奖，量子点材料有多神奇？

　　10月4日，瑞典皇家科学院宣布，2023年诺贝尔化学奖授予三位探索纳米和量子点领域的科学家，以表彰他们在“量子点的发现和合成”方面的贡献。

　　量子点是什么?

　　量子点又可称“半导体纳米晶”，是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色，由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴的特性，这一特性类似于自然界中的原子或分子，因而被称为量子点。据厦门大学材料学院教授解荣军介绍：“量子点也称为半导体纳米晶，是少量原子组成的、三个维度尺寸通常是1—100纳米的零维纳米结构。”

　　微粒般大小的量子点应用却非常广泛。

　　量子点显示(QLED)被认为是继有机发光显示(OLED)之后的下一代显示技术，具有色纯度高、色域宽、易实现大屏幕柔性显示、器件成本低等优点，但实现该技术亟须开发出新材料与新器件。与传统的染料分子相比，量子点具有很多优势。无机微晶能够承受多次的激发和光发射，而有机分子却会分解，持久的稳定性可以让研究人员更长时间地观测细胞和组织，并毫无困难地进行界面修饰连接。

　　量子点电视 图源：网络

　　量子点最大的好处是有丰富的颜色。生物体系的复杂性经常需要同时观察几种组分，如果用染料分子染色，则需要不同波长的光来激发，而量子点则不存在这个问题，会使用不同大小(进而不同色彩)的纳米晶体来标记不同的生物分子。

　　量子点问世之初，就有学者根据量子点独特的光电特性预测称，其主要应用领域将首先集中在电子与光学方面。事实上，率先推动了量子点技术落地的领域，正是电视产业。

　　量子点电视 图源：网络

　　2013年，日本索尼公司率先发布了量子点背光源的液晶电视，并使液晶显示再次具备与OLED一竞高下的实力，延长了液晶电视的“花期”。此后，三星、TCL等品牌相继推出搭载量子点背光的液晶电视，“量子点电视”成为彩电领域一个新兴的技术流派。

　　2018年，我国学者成功研发出新型量子点显示材料与器件。来自合肥工业大学研究人员与中国科学技术大学、广东省科学院合作，首次成功将石墨相氮化碳应用于下一代量子点显示技术，并成功制备了新型量子点显示器件。成果还曾发表在国际知名学术期刊《今日材料》。

　　今年8月，工业和信息化部及国务院国资委联合发布关于印发《前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批)》的通知，目的在于加快前沿材料产业化创新发展，引导形成发展合力。其中就包括量子点材料。

　　随着消费者对智屏画质的要求越来越高，QLED量子点智屏的应用也将得到更加广泛的应用。LED(发光二极管)背光光源的色彩经过量子点技术的转化，能够在屏幕上实现更好的红、绿、蓝三基色，带来更广的色域，一些厂家已经在此基础上推出QLED电视。随着元宇宙、虚拟现实、增强现实等技术的发展，未来各类电子设备上大大小小的显示屏也有望在量子点技术的助力下，给人们带来更好体验。

　　由于量子点具有稳定的发光特性使其成为很好的荧光标记材料，也在生物监测和医学成像方面得到更好的应用。随着相关技术进一步成熟，量子点有望在更广阔领域发挥作用，比如在柔性电子产品、微型传感器、更薄的太阳能电池和加密量子通信等领域。

　　正如诺贝尔奖官网介绍材料中所说，我们才刚刚开始探索量子点的潜力。未来，量子点技术也将在更多领域发挥价值，为人类带来更加多彩绚丽的新视界。

　　(中国电子报、金台资讯、科学网等)

　　作者：李熙综合整理

　　编辑：赵狄娜

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