2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉 什么是量子點(diǎn)？

來(lái)源：央視新聞客戶端

如今許多人在家用QLED（量子點(diǎn)發(fā)光二極管）電視觀看色彩逼真的影片，其中的量子點(diǎn)就是剛剛公布的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)研究成果。量子點(diǎn)這種納米級(jí)材料不但為液晶顯示技術(shù)帶來(lái)質(zhì)的飛躍，它在光學(xué)等方面的特性也為研究人員在生物化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域“探照”出更多潛在的應(yīng)用路徑。

瑞典皇家科學(xué)院10月4日宣布，將2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予蒙吉·巴文迪、路易斯·布魯斯和阿列克謝·葉基莫夫，以表彰他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)方面所作出的貢獻(xiàn)。

量子點(diǎn)是一類(lèi)非常小的納米尺度顆粒，也被稱(chēng)為半導(dǎo)體納米晶。一個(gè)量子點(diǎn)通常只由數(shù)千原子組成，如果要形象描述它的“小”，可以想象一個(gè)量子點(diǎn)與一個(gè)足球的對(duì)比，正如足球與地球的對(duì)比。

量子點(diǎn)的特殊結(jié)構(gòu)和尺寸，使其內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)受限，從而影響其光學(xué)性質(zhì)，不同尺寸的量子點(diǎn)會(huì)發(fā)出不同顏色的光。科學(xué)界早就在理論上認(rèn)為可以通過(guò)調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的量子效應(yīng)，但如何高效制造出質(zhì)量穩(wěn)定的量子點(diǎn)，困擾了科學(xué)界相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。

上世紀(jì)80年代初，兩位科學(xué)家在量子點(diǎn)研究上取得重要突破。當(dāng)時(shí)在蘇聯(lián)科研機(jī)構(gòu)工作的阿列克謝·葉基莫夫在玻璃基質(zhì)中合成了量子點(diǎn)，并于1981年在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表他的成果。美國(guó)的路易斯·布魯斯也在膠體溶液中合成了量子點(diǎn)，并于1983年發(fā)表了研究成果。兩位科學(xué)家基于不同的材料體系，都為量子點(diǎn)相關(guān)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

到了1993年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的蒙吉·巴文迪在高效合成高質(zhì)量量子點(diǎn)方面取得進(jìn)一步突破。巴文迪的團(tuán)隊(duì)將能夠形成納米晶體的物質(zhì)注入一種被加熱的特殊溶劑中，并精確控制其中的飽和度，從而生成非常微小的晶體胚。團(tuán)隊(duì)再通過(guò)對(duì)溶劑溫度的調(diào)整，最終生成了尺寸一致的量子點(diǎn)。這一方法相比以往更簡(jiǎn)單高效，讓更多科研人員有機(jī)會(huì)探索量子點(diǎn)的特性和潛在應(yīng)用。

量子點(diǎn)相關(guān)技術(shù)發(fā)展至今，普通人可能最容易感知或接觸到的應(yīng)用莫過(guò)于它為液晶顯示技術(shù)帶來(lái)的提升。LED（發(fā)光二極管）背光光源的色彩經(jīng)過(guò)量子點(diǎn)技術(shù)的轉(zhuǎn)化，能夠在屏幕上實(shí)現(xiàn)更好的紅、綠、藍(lán)三基色，帶來(lái)更廣的色域，一些廠家已經(jīng)在此基礎(chǔ)上推出QLED電視。隨著元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)各類(lèi)電子設(shè)備上大大小小的顯示屏也有望在量子點(diǎn)技術(shù)的助力下，給人們帶來(lái)更好體驗(yàn)。

在更專(zhuān)業(yè)的層面，量子點(diǎn)穩(wěn)定的發(fā)光特性使其成為很好的熒光標(biāo)記材料，在生物監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)成像方面有良好應(yīng)用前景，醫(yī)生有望借助量子點(diǎn)來(lái)高效發(fā)現(xiàn)患者體內(nèi)的腫瘤組織。化學(xué)領(lǐng)域的研究人員可以利用量子點(diǎn)的催化特性來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。隨著相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步成熟，量子點(diǎn)有望在更廣闊領(lǐng)域發(fā)揮作用，比如在柔性電子產(chǎn)品、微型傳感器、更薄的太陽(yáng)能電池和加密量子通信等領(lǐng)域。

正如諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)介紹材料中所說(shuō)：“我們才剛剛開(kāi)始探索量子點(diǎn)的潛力。”