深度丨诺贝尔化学奖给了[量子点]，为改变材料性能提供全新思路
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近日，2023年诺贝尔化学奖授予了美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他们在量子点的发现和合成方面做出的贡献。
[量子点]是一种纳米级半导体发光材料，本质上是一种特殊制造的纳米颗粒，其特殊之处在于可以通过控制它们的尺寸和形状来改变其光学和电子特性。
通俗的说法就是：[量子点]可发出的光的颜色可以通过改变它们的尺寸来调节。
[量子点]也被称为[人造原子]，在材料相同的情况下，不同尺寸会表现出独特的性质，比如发出不同波长的光。
当物质收缩到纳米尺度时，就会出现量子效应；这些都是由物质的尺寸决定的。
它属于半导体范畴，只有1到10纳米，根据材料不同包括：硒化镉量子点、二氧化硅修饰石墨烯量子点等。
2023年诺贝尔化学奖获得者成功地产生了如此小的颗粒，以至于它们的性质需要由量子现象决定。这种颗粒被称为量子点，在纳米技术中具有重要意义。
此前，为了获得诸如不同颜色的材料，需要合成全新的分子，这些分子有着不同的原子和不同的组合方式。
随着量子点达到纳米尺度，电子开始受限于周围环境的大小。
一旦该尺寸小于电子可以移动的自然体积，电子就会通过改变其能级来做出反应。这反过来又改变了这些系统与光相互作用的方式。
随着纳米技术的发展和对量子力学的深入理解，科学家们开始探索在纳米尺度上制造半导体，以利用量子效应来实现新的物理性质和应用。
这种探索和实验最终导致了量子点的发明和制造。
量子点技术早已率先在显示产业应用落地。
自2013年以来，电视产业一直在积极推动量子点技术的应用。
当时，日本的索尼公司率先发布了采用量子点背光源的液晶电视，使得液晶显示技术重新具备了与OLED竞争的实力，并延长了液晶电视的竞争力。
随后，三星和TCL等品牌也相继推出了搭载量子点背光的液晶电视，使得量子点电视成为彩电领域的一个新兴技术流派。
由于不同尺寸大小的量子点受激发后会呈现出不同的颜色，能够覆盖整个可见光区域，因此被视为新一代显示发光材料。
这种技术可以实现高达110% NTSC的色域，远超过OLED的色彩效果。
此外，由于量子点电视使用的无机材料不易被氧化，其显像寿命比OLED更加稳定和长久。
索尼的TRILUMINOS原色显示技术就是通过量子点对背光源色彩进行控制。
值得注意的是，韩国的两大显示龙头企业三星和LG也在积极布局量子点技术。
据奥维云网的数据显示，今年上半年，量子点电视在销量上的增长态势明显高于其他技术，未来有望推动彩电行业焕发新的活力。
①显示技术：QLED显示技术利用量子点掺杂薄膜增强色彩和效率。
②生物成像：量子点作为荧光探针，结合生物分子追踪生物过程。
③太阳能电池：量子点提高太阳能电池捕获太阳能效率。
④光催化：量子点作为光催化剂参与多种化学反应。
⑤光电探测与传感器：量子点用于制造高灵敏度和高选择性的光电探测器和传感器。
⑥医学诊断与治疗：量子点作为荧光探针或药物载体，提供癌症诊断和治疗新方案。
⑦红外光源：调整量子点大小和组成发射红外光，用于通信、成像和传感应用。
①未来显示：智能穿戴、近眼显示设备需高色域、高刷新率、超高分辨率，QLED技术可满足，未来三到五年有望商用。
②光伏发电：太阳能是清洁能源，PbS量子点材料在红外波段带隙可调，有巨大潜力用于下一代太阳能电池。
③高性能激光光源应用：量子点具有光谱连续可调和高效率发光性能，促进激光器微型化和民用化。
④单光子光源应用：量子点可近似为理想的二能级系统，可低成本溶液合成量子点作为单光子源，实现多波段、高效率、低成本的量子点单光子源阵列。
据一份深度市场调研报告《2022-2026年行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，中国、美国和韩国在量子点发光材料（包括显示器材料）专利申请数量上居于领先地位。
在这些国家中，浙江大学和纳晶科技等机构和企业以及美国的MIT、Berkley、QD Vision等亦在相关研究领域具有突出表现。
然而，韩国在量子点发光材料的核心专利方面基本没有涉及，三星则通过收购QD Vision的方式涉足该领域。
尽管量子点技术已经发展了50年之久，但在当前的发展阶段中，最亟待解决的问题是实现产业化。
部分资料参考：中国科普博览：《2023年诺贝尔化学奖揭晓！量子点点亮未来》，中国电子报：《新晋诺贝尔化学奖的[量子点]技术：显示应用只是[开胃菜]》，赛先生：《2023年诺贝尔化学奖提前泄密：量子点获奖》，能源圈：《获诺贝尔奖的量子点，或颠覆光伏技术》
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