天生我材| 後起之秀-量子點

2021-01-21 新材料在線


量子點是1981年俄羅斯物理學家Alexey I. Ekimov 發現的,是由有限數目的原子構成三個維度尺寸均在納米數量級(1-10nm)的零準維納米材料。


圖片來源:sigmaaldrich


從組成上看,量子點就是半導體材料,如磷化銦,氮化鎵,硒化鎘,硫化鉛等;從尺寸上看,量子點是把體相半導體做小,小到其激子的波爾半徑(幾個納米)大小附近,這樣就引起量子效應。半導體材料的激子波爾半徑一般為幾個納米,因此量子點通常也可以叫做半導體納米晶體。


圖片來源:sigmaaldrich



量子點材料分為元素半導體量子點、化合物半導體量子點、異質結量子點。


量子點材料的組成

元素半導體量子點

Si量子點、Ge量子點

化合物半導體量子點

InAs、SnTe 量子點

異質結量子點

CdS/HgS/CdS量子點


圖片來源於網絡



量子點一般為球形或類球形,分為單一結構和核殼結構兩種。市場上使用的量子點材料多為核殼結構量子點。

圖片來源於enet 


圖片來源於eefocus

1.發射光譜可由尺寸大小來控制:改變量子點的尺寸和化學組成可以使其發射光譜覆蓋整個可見光區。

2.具有很好的光穩定性:可以對標記的物體進行長時間的觀察,可用於研究細胞中生物分子之間長期相互作用。

3.具有寬的激發譜和窄的發射譜。

4.生物相容性好:經過各種化學修飾之後,可以進行特異性連接,可進行生物活體標記和檢測。

5.量子點的螢光壽命長。



量子點發光基本原理:量子點的發光是電子和空穴複合的結果,或者叫做激子湮滅,要讓量子點發光,量子點首先得到一個激子。產生激子的方式一般有兩種,一種叫光質,一種叫電質。       


1.量子點背光源技術(QD LCD),是一種光致發光技術,利用量子點的發光特性,通過綠色、紅色量子點將藍色LED光轉化為高飽和度的綠光和紅光,並同其餘未被轉換的藍光混合得到白光等各種顏色,在屏幕上顯示寬廣色域的顏色。


量子點背光源技術主要分為管式量子點背光源和薄膜式量子點背光源。 


圖片來源於tv.pconline


2.量子點發光二極體顯示技術(QLED)QLED全稱是「Quantum Dot light Emitting Diode」,即量子點發光二極體,又名量子屏顯示技術,其原理是是將量子點層臵於電子傳輸和空穴傳輸有機材料


層之間,外加電場使電子和空穴移動到量子點層中,電子和空穴在這裡被捕獲到量子點層並且重組,從而發射光子。通過將紅色量子點、綠色量子點和藍光螢光體封裝在一個二極體內,實現直接發射出白光。


圖片來源:Shutterstock



1.顯示領域

量子點顯示已經成為有機發光顯示(OLED)的重要競爭對手,有可能成為下一代顯示技術。量子點顯示應用的產品包括光轉換元件/光電轉換元件、量子點電視、量子點平板電腦、量子點智慧型手機等。


量子點顯示器與OLED顯示器對比

圖片來源:enet


TCL65英寸纖薄量子點電視

圖片來源:TCL官網


2.照明領域

量子點照明技術能有效改善LED燈面臨的照明對象顏色失真的問題,在LED燈節能高效、明亮持久的基礎上,可以調整顏色和提高光的質量。量子點照明應用的產品包括量子點固態白光光源器件、LED照明等。 


量子點電致發光器件

圖片來源:najingtech


量子點照明器件

圖片來源:chinayuke


3.太陽能領域

量子點材料本身具有納米顆粒的多種性質,可以吸收寬範圍的太陽能量,將其開發應用於可印刷油墨,未來有望製造出高效、低成本和輕重量的太陽能電池。 


量子點太陽能電池工作示意圖  

圖片來源於iccas.ac


4.生命科學領域

量子點檢測試劑通過結合抗原抗體反應的特異性與量子點螢光的敏感性,可以對抗體或抗原進行定性、定位或定量檢測,提供改進的體內和體外生物學成像。 


量子點在生物標記中的應用

圖片來源:antpedia


5.量子計算

量子點可以以兩種狀態存在-同時開啟和關閉,「超級計算機」(量子計算機)使用量子點來操作和存儲信息,與傳統的計算機相比,其信息處理速度和存儲容量可得到極大提升。

 

6.量子點的未來

目前科學家正在開拓應用於放大器,生物傳感器,二極體雷射器等領域的潛在用途。


研究人員使用螢光光譜技術進行手術中腫瘤檢測時,量子點可以用作無機螢光基團。量子點在生物學諸如癌症轉移,胚胎發生,淋巴細胞免疫學和幹細胞療法等研究領域中都非常有用。



QDvision公司



成立於2004年,是第一個把量子點顯示市場打開的公司。2013年發布量子點背光管用於日本索尼公司的電視機,2015年聯合海信推出曲面量子點電視,2016年為三星收購。

 


Nanosys公司

成立於2001年,2015年授權3M公司生產的QDEF產品被應用在Vizio(R系列)、海信(ULEDTV)和TCL(QLED TV)電視機中。



Nanoco公司



2001年成立,其與美國陶氏化學合作試製的使用無鎘(Cd)量子點的液晶顯示器於2014年在「SID2014」器件進行展示。2016年,與臺灣華宏開發無鎘量子點薄膜。

 


納晶科技

成立於2009年8月,研究、製造量子點新材料,在新型量子點材料的設計、合成及表面修飾居於全球領先地位。2016年,與深圳TCL數位技術有限公司籤署《戰略合作框架協議》,2017年11月,萬順募資8.2億高阻隔膜,籤下納晶產品訂單。

 


激智科技

業內領先的顯示用光學膜生產企業,2017年,激智科技和Nanosys在光學量子點增強膜(QDEF)的開發方面達成戰略合作,將尖端納米技術融入顯示器應用。



廣東普加福光電科技有限公司

於2012年正式運作,專注從事納米材料、光電材料及其器件的研發、生產和銷售。2016年3月,第一條量子點膜生產線正式投產。




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