2024.6.18 什么是量子点?解读“诺奖”加持下的纳米级缤纷世界

发布时间:2024-7-10 | 杂志分类:其他
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2024.6.18 什么是量子点?解读“诺奖”加持下的纳米级缤纷世界

什么是量子点?解读“诺奖”加持下的纳米级缤纷世界飞凯材料2024 年 06 月 18 日 09:41上海▪ 前言你知道吗?问鼎诺贝尔化学奖的量子点技术,可能就在你家的电视上?量子点实现了超越传统液晶显示与有机 LED 显示的广色域,色彩覆盖率可以达到惊人的 NTSC110%,这也使得电视画面更为细腻,颜色过渡更为自然生动。量子点是非常小的半导体纳米级别结晶,其直径尺寸一般在数个至数十个纳米之间,约为头发丝直径的万分之一。区别于传统显示技术,量子点最突出的光学性质在于,其颜色随着尺寸的变化而变化,简单来说,尺寸越小越蓝,尺寸越大越红。——飞凯材料科普小课堂小李:原来量子点技术这么神奇?难怪它被誉为“闪耀人类科学四十年的星辰”,吸引着一代又一代的科学人探索其绚丽色彩!Dr.飞:量子点的奥妙可不仅限于此呢,让我们一起来了解一下它的应用吧!量子点的应用除了已经商业化的液晶显示技术外,量子点技术在未来显示、新能源、生物医学等领域都有巨大的应用潜力。随着智能穿戴式设备的科技发展趋势,虚拟现实要求近眼显示设备具有高色域、高刷新率和超高分辨率等特性 ,而量子点电致发光(QLED)技术有望同时具备上述特... [收起]
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2024.6.18 什么是量子点?解读“诺奖”加持下的纳米级缤纷世界
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什么是量子点?解读“诺奖”加持下的纳米级缤纷世界

飞凯材料2024 年 06 月 18 日 09:41上海

▪ 前言

你知道吗?问鼎诺贝尔化学奖的量子点技术,可能就在你家的电视上?量子

点实现了超越传统液晶显示与有机 LED 显示的广色域,色彩覆盖率可以达到惊人

的 NTSC110%,这也使得电视画面更为细腻,颜色过渡更为自然生动。

量子点是非常小的半导体纳米级别结晶,其直径尺寸一般在数个至数十个纳

米之间,约为头发丝直径的万分之一。区别于传统显示技术,量子点最突出的光

学性质在于,其颜色随着尺寸的变化而变化,简单来说,尺寸越小越蓝,尺寸越

大越红。

——飞凯材料科普小课堂

小李:原来量子点技术这么神奇?难怪它被誉为“闪耀人类科学四十年的星辰”,

吸引着一代又一代的科学人探索其绚丽色彩!

Dr.飞:量子点的奥妙可不仅限于此呢,让我们一起来了解一下它的应用吧!

量子点的应用

除了已经商业化的液晶显示技术外,量子点技术在未来显示、新能源、生

物医学等领域都有巨大的应用潜力。

随着智能穿戴式设备的科技发展趋势,虚拟现实要求近眼显示设备具有高

色域、高刷新率和超高分辨率等特性 ,而量子点电致发光(QLED)技术有望同时

具备上述特性。

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量子点因其独特的光电特性,正在被用于开发下一代太阳能电池。量子点

太阳能电池的优势在于它们可以吸收更广泛的光谱,并且可以在不同的环境条

件下有效工作。

量子点在生物医学领域的应用包括成像和诊断。由于量子点可以发射多种不

同颜色的光,它们被用作生物标记物,以帮助科学家们在活体内部观察细胞和生

物分子的动态。

小李:原来量子点的应用领域如此广泛呀!

量子点的市场前景

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量子点产业链中材料研发和生产是难度最高的环节之一。根据 CINNO 和

LEDinside 显示,量子点产业链上游为量子点和阻隔膜设计和生产厂商,中游为

负责涂布和复合工艺的量子点膜企业,下游为量子点屏生产厂商。

在消费电子大显市场,QD+Mini LED 是呼声较高的方案之一,随着车规 Mini

LED 产品渗透率提升,有望带动量子点材料的新需求。根据

Marketsandmarkets 预测,2021 年全球量子点市场规模约 40 亿美元,到 2026

年将达 86 亿美元,5 年 CAGR 约 16.2%。

什么是量子点?

量子点也可被称为“人工原子”、“人造原子”。所谓量子点的“点”,其

实是指它的空间尺寸。而“量子”则主要指:随着尺寸变小,而开始形成的量子

限制效应,可以对我们所观察到的物质特性进行量子调控的变化。

小李:那为什么量子点可以发光呢?

Dr.飞:这就要说到量子点制造材料的特性了!

首先,制造量子点的半导体材料需要能够发光。其原理就是光电转化的过程。

通过通电或用光激发,电子从价带跃迁到导带里面形成一个“激子”。这个过程

中的能量差距就变成光的形式发射出来。因此,量子点发光就来自于制造量子点

的材料发光。此外,量子点本身尺寸比较小的特性,加上量子限制效应,也可以

使材料的发光过程得到一些调控。

小李:这么看来,量子点材料也是技术实现的关键呢!那为什么当量子点的大小

改变时,其发光颜色也会改变?

Dr.飞:根本原因就在于量子限制效应。

无论是胶体量子点,还是固体量子点,其实根本上就是一种半导体材料。半

导体材料的能级是一个连续态的发光,其发光的光谱宽,但是它的波长相对来说

不能调控。当量子点加上尺寸效应之后,即量子限制效应,能带就会变成能级。

从元素周期表可以看到,每一个元素的原子都有能级,是固定的;而对于量子点,

通过人工控制结构,把尺寸做到可以调控,从而束缚住这些能级。因为量子点越

小,势阱越窄,不同能级之间的能量间距就变大了。变大之后,能量跃迁时,对

应的光子能量在变化。

因而,光子的能量较大时就是蓝光,光子的能量较小时就是红光。所以整体

来说量子点尺寸变小,量子限制效应增强,能级之间的能量间距变大,对应的波

长变短,我们的颜色就变得越来越蓝。

小李:这么听来,量子点真的是很神奇的技术呢!那为什么现在还没有得到大范

围普及呢?

Dr.飞:这项技术在发展、大规模落地前,还有一些问题以待解决。

量子点的发展困境

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总结

量子点技术的未来充满了挑战与机遇,跨学科的研究和创新将是克服这些难

点和把握机遇的关键。随着材料科学、纳米技术和量子物理的进一步发展,量子

点技术预计将在多个领域实现革命性的应用。

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参考文献:

《百度百科》

《广告宣传肯定少不了,显示器宣传的广色域,到底是个什么东西?》

《量子点:闪耀人类科学四十年的星辰》

《化工和新材料行业点评:天马发布车规量子点 MINI LED 量子点材料前景可期》

《2023 诺贝尔化学奖解读 ——量子点》

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