量子点为世界增添奇幻色彩

2023年，瑞典皇家科学院宣布将当年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院的蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi）、美国纳米晶体科技公司的阿列克谢·埃基莫夫（Alexei I. Ekimov）和美国哥伦比亚大学的路易斯·布鲁斯（Louis E. Brus）三位科学家，以表彰他们为“发现和合成量子点”做出的贡献。

那么，什么是量子点呢？合成量子点的意义是什么？

什么是量子点

在一张白纸上，用一支圆珠笔的笔尖轻轻一触，一个不起眼的小点就出现了，它的直径往往不足1毫米。然而，量子点比纸上这个小点还要小得多，通常为2～20纳米，这是什么概念呢？把一个量子点与一个足球对比，就相当于一个足球与地球相比。

事实上，量子点并非真正的“点”，而是“半导体纳米晶体”，它呈球形或类球形，由数千个原子构成。那它的名字中为何有“量子”二字呢？这与它的特性有关。就像其他微观粒子一样，量子点可以产生量子效应。这些量子效应如同一种神奇的科学魔法，当量子点受到光或电场的激发时，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尺寸的改变而变化。因此通过调节这种纳米半导体的尺寸，我们就可以控制其发出光的颜色，其颜色可以覆盖从蓝光到红光的整个可见光谱区，并具有色纯度高、寿命长、稳定性好等特点。

较大尺寸的量子点发红光，其直径通常为7纳米（150个原子）左右。发绿光的量子点颗粒直径约3纳米（30个原子）。发蓝光的量子点最小，其内核直径约为2纳米（15个原子）；而由于其尺寸太小，量子点颗粒非常脆弱，难以处理，因此在面板显示技术中对红色和绿色量子点用得最多。

量子点有什么用

在量子点问世之初，就有学者根据量子点独特的光电特性预测：它的主要应用将集中在电子与光学领域。在2002年前后，量子点开始进入产业化探索阶段，领跑者是电视产业。电视屏幕的色彩，经过量子点技术之转化，变得丰富多彩，为用户带来无比真实的色彩体验。此后，QLED高清电视应运而生（其中Q代表量子点），在这些屏幕中，利用获得2014年諾贝尔物理学奖的节能二极管产生蓝光。量子点用于改变部分蓝光的颜色，将其转化为红光或绿光。这样就可以产生电视屏幕所需的三原色光。

同样，一些 LED 灯也可以使用量子点来调节二极管的冷光。这样，光线就可以像日光一样充满活力，或者像调暗的灯泡所发出的暖光一样让人平静。

量子点发出的光还可用于生物化学和医学领域。生物化学家们将量子点附着在生物分子上，绘制出细胞和器官图。医生们已经开始研究量子点在追踪体内肿瘤组织方面的潜在用途。化学家则利用量子点的催化特性来驱动化学反应。

未来，随着元宇宙、虚拟现实、增强现实等先进技术的飞速发展和广泛应用，各类电子设备上大大小小的显示屏或液晶面板，在量子点技术的助力下，将给人们带来更优质的视觉体验。

栏目责编：韦春艳