——四年前實驗室人員的一次「失誤」，帶來了在國際上具有突破性影響的新發現。四年來，天津大學科研人員不斷進行科研攻關並「開花結果」。近日，天津大學材料學院量子點材料與器件研究組開發出環保高效的單分散量子點合成新工藝，成果發表在國際頂級科學期刊Nature Communications（自然通信）上，這是世界上首次報導物理方法合成單分散量子點。這項世界首創的新工藝將在太陽能電池、癌症檢測等領域發光發熱。
傳統工藝最多粉碎到微米
天津大學材料學院杜希文教授向記者闡述了研究意義，當半導體材料直徑在幾納米大小時，它可表現出許多獨特的物理性質。如大家熟知的矽，正常體積下將太陽能轉換電能的最高效率為33%，但是當矽的體積為4納米左右時，它把太陽能轉換為電能的效率可以提高到66%。有的材料則能發出紅、藍、綠等不同顏色的光，在腫瘤的抗體藥物上攜帶納米級別的發光材料，可以非常準確地標記出腫瘤的位置，為醫生判斷病情、尋找病灶提供幫助。正是因為這些量子點（又稱為半導體納米晶）具備這樣神奇的能力，因此量子點目前是各國科研人員研發的熱點。
但是，傳統機械工藝最多能將半導體材料粉碎到微米的程度，體積是納米級別的上千倍，因而要獲得納米大小的半導體材料並不容易。過去一直通過溼化學方法，利用集中化學物品之間的反應，製得量子點材料。但是這樣的方法耗時長，少則幾個小時多則幾天的時間，還會產生大量的汙染物，對環境造成了沉重的負擔。
雷射把材料「敲成」納米大小
但是在四年前，杜教授實驗室的一個學生做用雷射將金屬靶打碎成納米級別的金屬粒實驗時，一般只需要用雷射照射金屬靶3分鐘左右。但學生中途離開，任雷射照射金屬靶4個多小時。回來後發現，金屬靶被打成了尺寸都為幾納米左右的金屬粒子，這樣的結果比以前要理想多了。這一陰差陽錯導致的意外，反而引起了杜教授實驗團隊的濃厚興趣。他們轉而把這一「奇怪」現象作為一項研究重點，探索如何利用雷射把半導體材料「敲成」納米大小的均勻顆粒。
最終歷時四年，在這一領域探索出了合成單分散量子點的物理方法。利用雷射這把「錘子」，杜教授可以根據實際需要「變化」力度，精確控制半導體材料的具體大小。相比溼化學獲取量子點，這種世界首創的方法耗時短，一次僅需20多分鐘，另外環保無汙染，且獲得的量子點大小更均勻，表面沒有化學藥物，非常乾淨。杜教授說，預計未來這一清潔技術可以幫助獲得更加廉價的量子點，使其在疾病診斷、水汙染檢測、光電轉換等領域發揮更加顯著的作用。該成果一經發表便引起了業界關注，已有單位與學校尋求合作，希望能將該技術產業化。