量子点是1981年俄罗斯物理学家Alexey I. Ekimov 发现的,是由有限数目的原子构成三个维度尺寸均在纳米数量级(1-10nm)的零准维纳米材料。
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从组成上看,量子点就是半导体材料,如磷化铟,氮化镓,硒化镉,硫化铅等;从尺寸上看,量子点是把体相半导体做小,小到其激子的波尔半径(几个纳米)大小附近,这样就引起量子效应。半导体材料的激子波尔半径一般为几个纳米,因此量子点通常也可以叫做半导体纳米晶体。
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量子点材料分为元素半导体量子点、化合物半导体量子点、异质结量子点。
量子点材料的组成 |
元素半导体量子点 | Si量子点、Ge量子点 |
化合物半导体量子点 | InAs、SnTe 量子点 |
异质结量子点 | CdS/HgS/CdS量子点 |
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量子点一般为球形或类球形,分为单一结构和核壳结构两种。市场上使用的量子点材料多为核壳结构量子点。
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1.发射光谱可由尺寸大小来控制:改变量子点的尺寸和化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。
2.具有很好的光稳定性:可以对标记的物体进行长时间的观察,可用于研究细胞中生物分子之间长期相互作用。
3.具有宽的激发谱和窄的发射谱。
4.生物相容性好:经过各种化学修饰之后,可以进行特异性连接,可进行生物活体标记和检测。
5.量子点的荧光寿命长。
量子点发光基本原理:量子点的发光是电子和空穴复合的结果,或者叫做激子湮灭,要让量子点发光,量子点首先得到一个激子。产生激子的方式一般有两种,一种叫光质,一种叫电质。
1.量子点背光源技术(QD LCD),是一种光致发光技术,利用量子点的发光特性,通过绿色、红色量子点将蓝色LED光转化为高饱和度的绿光和红光,并同其余未被转换的蓝光混合得到白光等各种颜色,在屏幕上显示宽广色域的颜色。
量子点背光源技术主要分为管式量子点背光源和薄膜式量子点背光源。
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2.量子点发光二极管显示技术(QLED)QLED全称是“Quantum Dot light Emitting Diode”,即量子点发光二极管,又名量子屏显示技术,其原理是是将量子点层臵于电子传输和空穴传输有机材料
层之间,外加电场使电子和空穴移动到量子点层中,电子和空穴在这里被捕获到量子点层并且重组,从而发射光子。通过将红色量子点、绿色量子点和蓝光荧光体封装在一个二极管内,实现直接发射出白光。
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1.显示领域
量子点显示已经成为有机发光显示(OLED)的重要竞争对手,有可能成为下一代显示技术。量子点显示应用的产品包括光转换元件/光电转换元件、量子点电视、量子点平板电脑、量子点智能手机等。
量子点显示器与OLED显示器对比
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TCL65英寸纤薄量子点电视
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2.照明领域
量子点照明技术能有效改善LED灯面临的照明对象颜色失真的问题,在LED灯节能高效、明亮持久的基础上,可以调整颜色和提高光的质量。量子点照明应用的产品包括量子点固态白光光源器件、LED照明等。
量子点电致发光器件
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量子点照明器件
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3.太阳能领域
量子点材料本身具有纳米颗粒的多种性质,可以吸收宽范围的太阳能量,将其开发应用于可印刷油墨,未来有望制造出高效、低成本和轻重量的太阳能电池。
量子点太阳能电池工作示意图
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4.生命科学领域
量子点检测试剂通过结合抗原抗体反应的特异性与量子点荧光的敏感性,可以对抗体或抗原进行定性、定位或定量检测,提供改进的体内和体外生物学成像。
量子点在生物标记中的应用
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5.量子计算
量子点可以以两种状态存在-同时开启和关闭,“超级计算机”(量子计算机)使用量子点来操作和存储信息,与传统的计算机相比,其信息处理速度和存储容量可得到极大提升。
6.量子点的未来
目前科学家正在开拓应用于放大器,生物传感器,二极管激光器等领域的潜在用途。
研究人员使用荧光光谱技术进行手术中肿瘤检测时,量子点可以用作无机荧光基团。量子点在生物学诸如癌症转移,胚胎发生,淋巴细胞免疫学和干细胞疗法等研究领域中都非常有用。
QDvision公司
成立于2004年,是第一个把量子点显示市场打开的公司。2013年发布量子点背光管用于日本索尼公司的电视机,2015年联合海信推出曲面量子点电视,2016年为三星收购。
Nanosys公司
成立于2001年,2015年授权3M公司生产的QDEF产品被应用在Vizio(R系列)、海信(ULEDTV)和TCL(QLED TV)电视机中。
Nanoco公司
2001年成立,其与美国陶氏化学合作试制的使用无镉(Cd)量子点的液晶显示器于2014年在“SID2014”器件进行展示。2016年,与台湾华宏开发无镉量子点薄膜。
纳晶科技
成立于2009年8月,研究、制造量子点新材料,在新型量子点材料的设计、合成及表面修饰居于全球领先地位。2016年,与深圳TCL数字技术有限公司签署《战略合作框架协议》,2017年11月,万顺募资8.2亿高阻隔膜,签下纳晶产品订单。
激智科技
业内领先的显示用光学膜生产企业,2017年,激智科技和Nanosys在光学量子点增强膜(QDEF)的开发方面达成战略合作,将尖端纳米技术融入显示器应用。
广东普加福光电科技有限公司
于2012年正式运作,专注从事纳米材料、光电材料及其器件的研发、生产和销售。2016年3月,第一条量子点膜生产线正式投产。
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