科普：为世界添彩的量子点——2023年诺贝尔化学奖成果解读

时间: 2023-11-19 09:12:51 |   作者: 电流探头

  新华社北京10月4日电 如今许多人在家用QLED（量子点发光二极管）电视观看色彩逼真的影片，其中的量子点就是刚刚公布的诺贝尔化学奖研究成果。量子点这种纳米级材料不但为液晶显示技术带来质的飞跃，它在光学等方面的特性也为研究人员在生物化学、医药等领域“探照”出更多潜在的应用路径。

  瑞典皇家科学院4日宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予蒙吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯和阿列克谢·叶基莫夫，以表彰他们在发现和合成量子点方面所作出的贡献。

  量子点是一类非常小的纳米尺度颗粒，也被称为半导体纳米晶。一个量子点通常只由数千原子组成，如果要形象描述它的“小”，能想象一个量子点与一个足球的对比，正如足球与地球的对比。

  量子点的特殊结构和尺寸，使其内部电子运动受限，进而影响其光学性质，不一样的尺寸的量子点会发出不一样的颜色的光。科学界早就在理论上认为能够最终靠调整量子点的尺寸来实现相应的量子效应，但如何高效制造出质量稳定的量子点，困扰了科学界相当长一段时间。

  上世纪80年代初，两位科学家在量子点研究上取得重要突破。当时在苏联科研机构工作的阿列克谢·叶基莫夫在玻璃基质中合成了量子点，并于1981年在学术期刊上发表他的成果。美国的路易斯·布鲁斯也在胶体溶液中合成了量子点，并于1983年发表了研究成果。两位科学家基于不同的材料体系，都为量子点相关研究打下坚实基础。

  到了1993年，美国麻省理工学院的蒙吉·巴文迪在高效合成高质量量子点方面取得进一步突破。巴文迪的团队将能够形成纳米晶体的物质注入一种被加热的特殊溶剂中，并精确控制其中的饱和度，从而生成非常微小的晶体胚。团队再通过对溶剂温度的调整，最终生成了尺寸一致的量子点。这一方法相比以往更简单高效，让更多科研人员有机会探索量子点的特性和潜在应用。

  量子点有关技术发展至今，普通人可能最容易感知或接触到的应用莫过于它为液晶显示技术带来的提升。LED（发光二极管）背光光源的色彩经过量子点技术的转化，能够在屏幕上实现更好的红、绿、蓝三基色，带来更广的色域，一些厂家已经在此基础上推出QLED电视。随着元宇宙、虚拟现实、增强现实等技术的发展，未来各类电子设备上大大小小的显示屏也有望在量子点技术的助力下，给人类带来更好体验。

  在更专业的层面，量子点稳定的发光特性使其成为很好的荧光标记材料，在生物监测和医学成像方面有良好应用前景，医生有望借助量子点来高效发现患者体内的肿瘤组织。化学领域的研究人能利用量子点的催化特性来驱动化学反应。随着有关技术进一步成熟，量子点有望在更广阔领域发挥作用，比如在柔性电子科技类产品、微型传感器、更薄的太阳能电池和加密量子通信等领域。

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  当前，全球主要国家都在量子科技领域加强政策布局，相继制定发展的策略规划，加大投入，加快量子技术从基础研究到商业化的进程。

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