量子点总结
量子点特点
量子点特点《量子点那些神奇的特点，咱得唠一唠》哎呀呀，说到量子点特点，那可真是有得聊了！这玩意儿可神奇了，听我给你慢慢道来哈。
首先呢，量子点它个头小啊，小得都快让人忽略它了。
你想啊，就那么一丁点儿，却有着大能量。
这就好比一只小蚂蚁，嘿，别看它小，能举起比它自己重好多倍的东西呢！量子点也是这样，小小的身体里藏着巨大的潜力。
它还有个特别厉害的特点，就是那色彩啊，简直绝了！量子点能展现出非常鲜艳、纯正的颜色。
想象一下，我们看到的屏幕上那些超级逼真的色彩，很多都是量子点的功劳呢。
就好像量子点是个超级调色大师，轻轻一挥魔法棒，哇塞，那色彩鲜艳得让人眼前一亮，仿佛能从屏幕里跳出来一样。
而且哦，量子点还特别稳定。
就跟个老顽固似的，不管周围环境怎么变，它就是能坚守自己的岗位，稳定地发挥作用。
这一点可太让人放心了，不用担心它关键时刻掉链子。
咱再说说量子点的效率高。
这就像是一个高效能的小机器人，干啥都特别快。
比如说在显示技术中，它能迅速地呈现出图像，让我们能快速看到清晰又好看的画面。
这可省了我们不少等待的时间呢。
还有啊，量子点还有着让人惊叹的适应性。
不管是放在啥环境里，它似乎都能很快适应，然后开始大展身手。
就好像一个适应性超强的超级英雄，不管到哪个星球，都能迅速融入并发挥自己的能力。
说起来，量子点这玩意儿真的很神奇，小小的身躯蕴含着如此多的特点和优势。
有了它，我们的生活变得更加丰富多彩，各种高科技产品也因为它而变得更加酷炫。
总之呢，量子点的特点就是一个字：牛！它在科技的舞台上闪闪发光，为我们带来了许多惊喜和便利。
以后说不定量子点还能玩出更多的花样呢，我很期待它未来的表现呀！让我们一起坐等它给我们带来更多的震撼吧！哈哈。
关于量子点的相关知识综述
关于量子点的相关知识综述量子点（Quantum Dots）是指粒子直径尺寸小于激子波尔半径且具有明显量子效应的半导体纳米结构，也被称作半导体纳米晶。
它既可以由一种半导体材料制成，例如由Ⅱ-Ⅵ族元素（CdTe、CdS、ZnSe、CdSe等）或Ⅲ-Ⅴ族元素（InAs、InP等）组成，也可以由两种及两种以上的半导体纳米材料组成。
作为一种新型的半导体纳米材料，量子点具有很多优良的特性。
1.量子点的性质（1）量子点的发射光谱能够通过改变量子点的粒子尺寸大小来控制。
通过改变量子点的化学组成成分和粒径大小能够使其发射光谱遍布整个可见光区。
利用量子点的这一性质可以制备荧光光谱特征不同的量子点。
（2）量子点有着很好的光稳定性相比于传统的荧光试剂。
量子点的荧光强度和稳定性比起传统有机荧光材料罗丹明6G强好几十倍以上。
因此量子点在生物标记方面有着广泛的应用，为研究长期相互作用的分子之间提供了重要的作用。
（3）量子点同时具有宽且连续的激发光谱和窄的发射光谱。
利用同一激发光源即可对不同尺寸的量子点进行同步检测，因此可以用作多色标记，极大地促进和发挥了荧光标记的应用。
（4）量子点具有较大的期托克斯位移[8]。
期托克斯位移（Stokes shift）是指量子点的最大紫外吸收峰位与荧光发射峰位所对应的波长之间的差值。
量子点的另一个优异的光学性质就是其具有宽的期托克斯位移，这是量子点显著的光谱特性，这样可以避免发射光谱与激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。
图1 斯托克斯位移示意图（5）量子点有着极好的生物相容性。
量子点经过各种化学修饰以后，不但能够提高它的光稳定性和量子产率[9, 10]，而且有利于进行特异性结合，另外其毒性较低，对其他生物体的危害小，可以进行生物活体的标记和检测。
（6）量子点具有很长的荧光寿命。
量子点的荧光寿命可持续数十纳秒，相比于有机荧光染料的寿命几纳秒[11]长很多，当进行光激发以后，多数物质的自发荧光会发生衰变，而量子点的荧光却依旧存在，此时即可采集到无背景干扰的荧光信号。
量子点
半导体量子点材料的制备技术
可以看出用这种方法制 备量子点尺寸均匀、具 有严格的对称性。但是 用这种方法制备的量子 点受光刻水平的限制， 不可能刻蚀出更小的量 子点。于是人们利用高 分辨率聚焦电子、离子 束、X射线代替光束对材 料进行刻蚀，从而制备 出线宽更小的量子线和 量子点。利用这种方法 原则上可以制备最小特 征宽度为10nm左右的结 构。表1给出了这一技术
半导体量子点的主要性质
假设某时刻电子通过样品时只有两条路径,那麽由两个波函 数叠加得到的几率分布为：
当样品的尺寸远大于状态相干长度时,电子会遭受非弹性 散射,上式最后一项的平均值为零;如果样品尺寸与相位相干长 度同一量级,交叉项就会有一比值,由于通过不同路径时遇到杂 质的情况不同,所以此值随机变化. 如果在样品的两端放置两 个探头,理论上来说就能够测量到干涉结果,这就是量子干涉现 象. 所以在相位相干长度内,载流子所输运的电流不仅与其速
国内外所达到的水平”。 用光刻技术在Si衬底上制备GaAs量子点的示意图
半导体量子点材料的制备技术
国内外量子点细微加工水平
方法
国外
国内
X-ray光刻技术 最小线度80nm， 0.8～1.0μm 接触曝光 10nm
电子束光刻技 术
束斑直径 实现70nm图形，
Φ<1nm，采
一般为
用PMMA胶已 100～200nm
半导体量子点的主要性质
(a)半导体材料受限维 度变化的示意图;
(b)半导体材料受限维 度对电子态密度影 响的示意图。
（1）体相半导体； （2）量子阱；（3） 量子线；（4）量 子点。
半导体量子点的主要性质
对于纳米半导体颗粒（量子点），由于 三维限域作用，其载流子（电子、空穴）在 一个类似于准零维的量子球壳中运动，相应 的电子结构也从体相连续能带变成分裂的能 级。下图 是半导体材料从体相到量子点电子 结构变化示意图。三维限域作用导致电子和 空穴的动能增加, 使原来的能隙增大，从而使 光学吸收边蓝移。
合成碳量子点方法总结
碳源：甘蔗汁 荧光颜色：蓝色 尺寸：~3 nm lex/lem: 365/474 nm QY：5.76%
Mehta, V.N., Mater Sci Eng C Mater Biol Appl,A2014. 38: p. 20-7
24
碳源：心里美
荧光颜色：蓝色
尺寸：1.2~6 nm
lex/lem: 330/420 nm QY：13.6% 线性范围：0.02–40 μM 检测限：0.13 μM
W. Liu et al., Green synthesis of carbon dots from rose-heart radish and application for Fe 3+ detection and
cell imaging. Sensors Actuators B: Chem. 241, 190-198 (A2017).
25
A
J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 9514--9518
碳源：燕麦 荧光颜色：蓝色 尺寸：20~40 nm lex/lem: 360/438 nm QY：37.4%
26
碳源：圣罗勒 荧光颜色：绿色 尺寸：~3 nm lex/lem： 450/470 nm QY：9.3% 线性范围：0.01–1.0 μM 检测限：0.59 nM
量子点介绍
量子点介绍---2023年诺贝尔化学奖2023年诺贝尔化学奖获得者：瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔化学奖授予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发展方面的贡献。
量子点（Quantum Dots，简称QDs）是一种纳米尺度的半导体材料，其特性与其尺寸和组成材料密切相关。
以下是有关量子点的简要介绍：1. 尺寸：量子点的尺寸通常在1到10纳米之间，这使得它们处于纳米尺度范围内。
尺寸可以精确控制，这是量子点的一个显著特点。
由于其小尺寸，量子点表现出量子力学效应，如量子尺寸效应和能级量子化。
2. 材料：量子点可以由不同种类的半导体材料制成，包括硒化镉（CdSe）、硒化铅（PbSe）、硒化锌（ZnSe）、硫化镉（CdS）等。
每种材料的量子点都具有不同的光学和电学性质，因此可以根据特定应用的需要选择合适的材料。
3. 光学性质：量子点的光学性质是其最引人注目的特点之一。
由于其小尺寸，量子点的电子受到空间限制，因此其能级结构呈现出量子化现象。
这导致了量子点对不同波长的光有不同的吸收和发射特性。
这使得它们可以用于发光二极管（LED）和激光器等光电子学器件。
4. 光子发射：量子点可以发出明亮、稳定且可调谐的光，这使得它们在生物医学成像、显示技术、太阳能电池等领域具有广泛的应用。
它们的发光颜色可以通过调整量子点的尺寸来控制，因此可用于制备高质量的彩色显示器和荧光探针。
5. 生物医学应用：量子点在生物医学领域中用于标记和追踪生物分子和细胞。
它们可以用于药物输送、分子成像、癌症治疗和基因研究等应用。
6. 太阳能电池：量子点还可以用于提高太阳能电池的效率，因为它们可以将太阳光转化为电能，并且对吸收不同波长的光具有高效性能。
不懂量子点？没关系-看过这篇文章就够了!
不懂量子点？没关系, 看过这篇文章就够了！什么是“量子点”?目前, 由于全人类正面临着自然资源短缺旳问题, 无法避免旳能源危机也在呼唤新材料旳诞生。
而真正具有科学意义旳新材料需要满足三个条件: 在原子和分子水平上重构物质、实现全新旳或者更好旳性能、变化人类生活方式。
量子点充足满足这三个条件, 同步更是人类有史以来发现旳最优秀发光材料。
简朴来说, 量子点是肉眼看不到旳、极其微小旳无机纳米晶体。
每当受到光或电旳刺激, 量子点便会发出有色光线, 我们所看到旳光线旳颜色由量子点旳构成材料和大小形状决定, 一般来说, 通过变化量子点晶体旳尺寸可以变化发光颜色。
举个例子, 一般量子点颗粒越小, 会吸取长波, 颗粒越大,会吸取短波。
例如2纳米大小旳量子点, 可吸取长波旳红色, 显示出蓝色。
8纳米大小旳量子点, 可吸取短波旳蓝色, 呈现出红色。
TCL从推出量子点电视以来, 正式开始了量子点在国内旳市场化试探。
特别今年推出了QUHD量子点电视之后, 更是在音画质等方面获得了重大突破, 率先推动量子点民用化、商用化和市场化落地。
“量子点”有什么用?我们都懂得, LCD面板旳成像原理可以概括为两张玻璃基板之间加入液晶分子, 通入电压后分子排列发生曲折变化, 屏幕通过电子群旳冲撞, 制造画面并通过外部光线旳透视反射来形成画面。
液晶自身并不发光, 需要配备高质量旳CCFL 冷阴极背光灯形成明亮旳图像。
随后, 背光源由CCFL改为LED背光源, 便成为了我们常说旳LED电视。
运用量子点材料旳电视是以蓝色LED为背光源, 将采用量子点旳光学材料放入背光灯与LCD面板之间, 从而可以通过拥有锋利峰值旳红、绿、蓝光获得鲜艳旳色彩。
如果您没明白旳话, 让我再换一种说法, 量子点会在LCD电视旳LED背光上形成一层薄膜, 用蓝色LED照射就能发出全光谱旳光, 从而对光线进行精细调节, 进而大幅提高色域体现, 让色彩更加鲜明。
打个或许不恰当旳比方, 老式旳LCD电视就像姑娘出门只化了裸妆, 虽然也足够美丽但脸部总显得没那么立体, 而量子点电视则像给姑娘涂上了全套彩妆, 真是赏心悦目明艳动人啊。
量子点
量子点的基本知识量子点(QuantumDots,QDs)通常指半径小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米晶。
在量子点中,载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。
根据量子力学分析,量子点中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的,其态密度分布为一系列的分立函数,类似于原子光谱性质,因而人们往往也把量子点称之为“人工原子”。
需要指出的是,并非小到100nm以下的材料就是量子点,真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。
只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时,才称之为量子点。
量子点独特的性质基于它自身的量子效应,当颗粒尺寸进入纳米量级时,尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应,从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性,展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质,在非线形光学、生物标记、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景,同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。
(1)库仑阻塞效应由于电子(或空穴)被束缚在一个相对小的区域内,使电子(或空穴)之间的库仑作用极其显著,填充一个电子(或空穴)就要克服量子点中已有电子(或空穴)的排斥左右,因而库仑电荷效应是其另一个基本物理性质。
如果一个电子进入量子点,引起整个系统增加的静电能远大于电子热运动能量k B T,则这个静电能将阻止随后的第二个电子进入同一个量子点,这种现象叫做库仑阻塞效应。
(2)量子尺寸效应通过控制量子点的形状、结构和尺寸,就可以方便地调节其能隙宽度、激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等电子状态。
随着量子点尺寸的逐渐减小,量子点的光吸收谱出现蓝移现象。
尺寸越小,则谱蓝移现象也越显著,这就是人所共知的量子尺寸效应。
(3)量子限域效应由于量子点的表面积与粒子的大小有着较高的比例,存在量子限域效应。
所谓量子限域效应,指的是量子点的能态密度随着其尺寸大小而变,换句话说尺寸的大小决定了材料的光、电、磁特性。
量子点的光电学性质及应用
量子点的光电学性质及应用量子点是一种三维空间中尺寸非常小的半导体纳米材料。
由于量子点具有独特的电子能级结构以及粒子尺寸和量子效应的特殊性质，使得它们在光电学方面有着广泛的应用前景。
一、量子点的基本性质量子点具有三个主要的个性：1. 量子点是非常小的，通常有几个纳米米（10 ^ -9米）的直径。
2. 量子点的尺寸对于光学和电子行为影响很大，由此还会对颜色产生影响，这造成了独特的光学特性。
3. 量子点的表面对于电子环境有着相当重要的影响，通常使用表面修饰剂防止化学反应发生。
二、量子点的光电学性质1. 选择性吸收和发射光谱量子点的大小可以使它们吸收和发射特定波长的光。
这种选择性光谱是因为量子点的晶格结构与其电子能级的离散化所导致的。
因此，量子点与单元格尺寸、原子结构和晶体构型相关。
2. 强增强荧光在特定的波长下，量子点可以发出非常明亮的荧光。
这种强增强荧光是因为量子点的电子结构限制了其荧光的波长，因此即使所发出来的光与吸收光的波长不同，也会发生增强荧光。
3. 高量子产率量子点的荧光量子产率高于其他物质，这是由于其独特的电子结构所导致的。
相比之下，普通荧光染料可能只有10%左右的量子产率。
三、量子点的应用1. 生物荧光成像使用量子点进行生物成像使得研究者们在研究细胞时具有更好的性质。
量子点对生物分子有较强吸附作用，因此当它们被注入进细胞内时，可以提供更高的分辨率和其他标记物不具有的生物分子跟踪功能。
2. 光电器件技术量子点还有着广泛的应用前景，在半导体电子行业中，其可以作为高电子迁移率的替代材料，可以制备高效、低成本的发光二极管（LED）。
通过量子点与半导体相结合可以制造出具有好电学性能和发光性能的新一代太阳能电池。
3. 信息存储技术通过使用量子点技术，可以大幅提升磁性记录密度。
磁性记录密度大幅提升，则可以大幅度提高信息存储设备的存储容量，从而推动信息领域的发展。
四、结论量子点的光电学性质以及其在生物成像、光电器件技术和信息存储技术中的应用均表明其具有广阔的应用前景。
合成碳量子点方法总结
2018-4-3
背景介绍
• 量子点是准零维半导体纳米材料，由于电子和空穴被量子限 域，连续的能带结构变成具有分子特性的分离能级结构，受 激后可以发射荧光，基于自身的量子效应，展现出独特的性 质：尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效 应。因此展现出不同于宏观材料的物理化学性质，在太阳能 电池、发光器件、光学生物标记、催化、功能材料等领域有 着广阔的应用前景。
1.1 Top down methods
This approach involves the conversion of large particles into smaller one (C-dots) in nano-size range via different methods. E.g. • Arc discharge • Plasma discharge • Laser ablation • Chemical or electrochemical oxidation ect.
059nm编号发光颜色碳源尺寸nmlexlemqy线性范围检测限红色菠菜3114406801534蓝色草莓汁523604276310nm50mmnmhg蓝色蛋壳365450140580mol048mol蓝色樟脑3205102116多种金属离子均可使其荧光猝灭蓝色康乃馨32043532117ph蓝色猪肉3536545017301100蓝色甘蔗汁365474576蓝色心里美12633042013600240蓝色燕麦204036043837410绿色圣罗勒4504709300110059nmpbqy普遍较低在20以下因此寻找qy更大的天然材料是非常必要的1来源豆类
A. Kumar et al., Green synthesis of carbon dots from Ocimum sanctum for effective fluorescent sensing of Pb 2+ ions and live cell imaging. Sensors Actuators B: Chem. 242, 679-686 (2017).
对量子点及其应用的新认识
对量子点及其应用的新认识理论物理前沿课差不多每堂课都换一个老师，课程琳琅满目，听了一些课感觉自己的视野得到了很大的拓展。
虽然很多课很多老师的研究方向都不是很了解，但是还是觉得受用终身的，在此感谢老师的辛勤工作。
此次报告主要想谈谈自己对量子点及其量子点器件的一些新的认识。
应用物理学出生的我对量子力学有些浅薄的了解，本科期间也听说过量子点这个名词，但是至始至终都没有太深入的了解过这个东西，直到听了理论物理前沿，感觉这个东西似乎很有意思，自己也查阅了相关文献开始对其有了一点初步的认识。
1、对量子点的认识以前听说量子点是因为它在一些领域的应用才知道的。
比如什么量子点在染料敏化太阳能电池的应用可以提高太阳能电池的光电转化效率，而且理论上可以达到很高，很多科学家在为止孜孜不倦的努力着比如我们学院的赵兴中和李美亚老师就做相关的研究。
从文献上得知量子点是一种特殊的”人造原子”，由于电子／空穴被局域在一个很小的区域，所以会出现离散的能级结构，而不再是体材料的能带性质。
太阳能电池也正是利用了量子会出现离散的能级结构希望可以吸收到更多波段的光子以期得到更高的发光效率。
这种量子点最早是哥伦比亚大学的Brus教授实验实现的，他也因此和日本名城大学的Iijima教授获得了2008年首届Kavli奖[1]。
由于量子点的材料有很大的选择空间，同时量子点的尺寸可以实验控制，这也为它的广泛的应用提供了很大的自由度，所以从80年代到现在，量子点吸引了越来越多的关注。
对于不同种类的量子点，研究人员在其中发现了很多有趣的物理现象，也找到了它们可能的应用。
在近10年来，大家更加关注的是它在量子信息、半导体激光器、生物以及能源等领域的应用。
2、量子点应用——量子点半导体器件课上老师讲了许多关于量子点计算的东西，由于主业不是学习计算模拟。
也没太听懂老师所讲的东西。
但是老师讲了一个量子点晶体管管，看着挺有意思的。
查阅一些文献也对此有了初步了解。
量子点的性质
量子点的性质对于任何材料，都会有一个临界尺寸，当粒径小于这个尺寸时，其基本的电子和光学会发生质的变化，但是在特定的温度下，相比较而言，半导体发生这种改变的尺寸比绝缘体、金属材料要大得多。
这是由于固体的能带位于原子能级的中央，其带宽与相邻最近的能级间相互作用力的强度有关。
就范德华力或分子晶体而言，相邻最近的能级间相互作用力很弱，固体能带很窄，因此，其纳米晶粒的光学和电子性质不会随粒径的改变而发生太大的变化。
当粒径增大时，能带中央先发生变化，带边最后变化，因此，由于金属的费米能级位于一个带，也就是导带的中央。
由于中央的态密度非常大，能带的部分变化不足以使其能级间距发生太多的改变，甚至对于只有几十个或几百个原子的小粒子也是这样，所以其光学和电子性质也就与大块晶体的性质很相似。
金属材料的能带分布*然而，对于半导体而言，由于其费米能级位于价带和导带这两个带之间，因此，带边控制着其低能光学和电子行为，由于带边的态密度很小，所以其少量的变化就会引起物体光学和电子行为的很大改变，而且体积越小，态密度也越小，变化就越大，所以与金属不同，半导体的光电性质在很大程度上依赖于材料的尺寸，对于即使含有上万个原子的晶体也是如此。
半导体材料的能带分布*所以，当半导体材料的尺寸从体相逐渐减少至一定临界尺寸（通常只要等于或小于半导体体相的激子玻尔半径，纳米级）以后，其载流子（电子，空穴）的运动将处于强受限的状态（类似在箱中运动的粒子），有效带隙增大，能带从体相的连续结构变成类似于分子的准分裂能级，粒径越小，能隙越大，材料的行为具有量子特性，量子化后的能量为：E(R)=E g + ħ 2 π 2 /2μR 2 -1.8/εR (1)其中 E g 为体相带隙，μ为电子、空穴的折合质量，ε为量子点材料的介电常熟，R 为粒子的半径，第二项为量子点受限项，第三想为库仑项。
E(R) 也就是最低激发态能量，E(R) 与 E g 的差为动能的增加量(ΔE) ：ΔE ＝E(R)-E g = ħ 2 π 2 /2μR 2 -1.8/εR (2)从式(1) 和(2) 可以看出，量子点受限项与1/R 2 成正比，而库仑势与1/R 成正比，都随R 的减小而增大。
量子点发光特点
量子点发光特点
1. 量子点的发光那叫一个神奇啊！就像夜空中最亮的星，璀璨耀眼。
你看那些量子点电视，画面是不是超级清晰、色彩鲜艳得让人惊叹！这就是量子点发光的厉害之处呀！
2. 量子点发光的稳定性，那可真是没得说！就如同坚定的卫士，始终坚守岗位。
想想我们的手机屏幕，长时间使用也能保持那么好的显示效果，不就是因为量子点稳定发光嘛！
3. 量子点发光的高效性，哇哦，太厉害了！好似一辆动力十足的跑车，风驰电掣。
那些量子点照明灯具，亮得那么迅速，高效得让人佩服呀！
4. 量子点的发光颜色还可以精准调控呢！这简直就像是一位神奇的魔法师，能变出各种美妙的色彩。
你想想，要是没有它，我们怎么能看到如此绚丽多彩的世界呀！
5. 量子点发光的纯度，那可真是高得惊人啊！如同无暇的美玉，纯净而珍贵。
在一些高端显示设备中，正是因为有了这高纯度的发光，才能呈现那么逼真的图像啊！
6. 量子点发光还有一个厉害的地方，那就是它的快速响应！就像反应敏捷的运动员，瞬间做出动作。
在一些需要快速切换画面的场景中，量子点的这个特点可太重要啦！
7. 量子点发光是如此独特，让人为之着迷！它就像是茫茫大海中独特的灯塔，指引着科技的方向。
没有它，我们的科技发展会不会少了许多精彩呢？
8. 量子点发光的这些特点真的是让人惊叹不已！它给我们的生活带来了巨大的改变和惊喜，让我们享受着更加美好的视觉体验。
未来，量子点肯定还会有更加让人期待的发展和应用呀！。
量子点相关介绍
量子点相关介绍
量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。
量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20 nm之间。
量子点由少数原子组成，也叫做半导体纳米晶体，当半导体晶体的颗粒尺寸可以达到纳米量级时，由于具有尺寸限域，在三个空间上载流子都会被束缚住，使其连续的能带被离散开，变成具有分子特性的能级，和原子的不连续电子能阶结构一样。
所以，量子点又有“人造原子”的称呼。
量子点发光材料综述
量子点1.量子点简介1.1量子点的概述量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。
纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm。
更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右。
由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。
量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构。
这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。
1.2量子点的特性由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。
1.2.1 量子尺寸效应纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化。
这种现象就是典型的量子尺寸效应。
研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显着。
1.2.2 表面效应纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗粒半径的减小而增大。
量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。
当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响。
1.2.3 量子隧道效应量子隧道效应是基本的量子现象之一。
简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。
当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。
因此这种现象又称为宏观量子隧道效应。
1.2.4 介电限域效应上世纪七十年代Keldysh等人首先发现了介电限域效应。
该现象可以表示为在不同介质中，因两种不同材料接触界面引起的介电作用变强的现象。
量子点效应 知识点
量子点效应，包括：量子尺寸效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应、表面效应、介电效应。
一、首先说下什么是量子点？二、下面介绍量子尺寸效应我们通过控制量子点的形状、结构和尺寸，可以调节带隙宽度，激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等。
那这些是怎么实现的呢？首先我们要介绍下，原子能级、能带、禁带宽度、激子束缚能的概念1、原子能级说到能级就离不开早期人们对光谱的观察，光谱是电磁辐射的波长成分和强度分布的记录，人们以氢原子模式为例，从氢气放射管中获得氢原子光谱，从1885年开始，巴耳末等人将氢原子光谱的波数归纳为：ῦ=R H() （1）那么这些原子是怎么发射光谱的呢，这就需要进一步研究电子在原子核的库伦场中的运动情况，原子核的质量比电子大1836倍，它们的相对运动可以近似的看作只是电子绕原子核的运动，那这样我们考虑简单的圆周运动，电子在场中的动能和体系的势能，我们得到了原子的能量：E=（4）和电子轨道运动的频率：f==（5）从上述原子中的电子轨道运动，按经典理论试图说明光谱就会遇到困难。
（1）原子如果连续辐射，它的能量就逐渐降低，由1.2中(4)可知，电子的轨道半径就要连续的缩小到碰到原子核止，即半径是是10-15米的数量级，才能稳定不变，但从不同实验，测得的原子半径都是10-10米的数量级。
这与事实不符。
（2）按照电动力学，原子所发光的频率等于原子中电子运动的频率。
现在，如上文说到，原子辐射时，其电子轨道连续缩小，由1.2中(5)可知，轨道运动的频率就连续增大，那么所发光的频率应该是连续变化的，原子光谱应该是连续光谱。
但事实不是这样，原子光谱的谱线是分隔的，代表一些分隔而有一定数值的频率。
所以所引用的宏观理论不能用在原子这样的微观客体上，人们在此基础上发现新的规律——量子化，在玻尔研究这问题时，已经有公认正确的量子论。
按照这理论，光能量总是一个单元的整数倍，而每一个单元是hv，这里v是光的频率，h是普朗克常数，在此理论的基础上，我们得到了氢原子内部能量的表达式：E=-n=1，2,3,4…这个式子也表示能量的数值是分隔的。
量子点简介及其与有机染料相比较具有的优点
量子点简介及其与有机染料相比较具有的优点量子点简介：是一种由Ⅱ族～Ⅵ族或Ⅲ族～Ⅴ族元素组成的、稳定的、溶于水的、介于1 nm～100 nm的、能够接受激发光产生荧光的半导体纳米晶粒。
当它的物理尺寸小于激子的玻尔半径时，由于量子限制效应，使其具有独特的光学和电子学性质。
它的光学性质主要取决于它的半径的大小，而与它的组成无关，通过改变量子点的大小就可以获得从紫外到近红外范围内任意点的光谱。
目前CdS、CdSe、CdTe、ZnS的研究较多。
利用量子点可以作为生物荧光探针，与传统的有机荧光染料相比，量子点具有以下优点：(1)具有宽的激发波长范围和窄的发射波长范围，即可以使用小于其发射波长10 nm的任意波长的激发光进行激发[3]，这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，发射出不同波长的荧光，因而可用于多种标记物的同时检测，极大地促进了荧光标记在生物医学中的应用。
而传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄，需要多种波长的激发光来激发多种荧光染料，这样给实际的研究工作带来了很多的不便。
(2)量子点的发射峰窄而对称，且连续分布，重叠小，这样，在一个可检测到的光谱范围内可同时使用多个探针，而发射光谱不出现交叠，使生物分子的多组分分析检测变得容易。
而传统的有机荧光染料的发射峰不仅宽，而且不对称，拖尾严重，互相重叠严重，容易互相干扰，给分析检测带来难以解决的难题。
(3)量子点的发射波长可通过控制它的大小和组成来调谐，可以任意合成所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称高斯分布[3]，而传统的有机荧光染料的峰形则为对数正态分布。
(4)量子点的荧光强度比最常用的有机荧光染料罗丹明6G染料高20倍，它的稳定性更是罗丹明6G染料的100倍以上，而且量子点抗光漂白能力强。
所谓光漂白是指由光激发引起发光物质分解而使荧光强度降低的现象。
有机荧光染料的光漂白速率很快，而量子点的光漂白作用则远远小的多，因此可以对所标记的物体进行长时间的观察，并可以毫无困难的进行相关界面的修饰和连接，而不像传统的有机荧光染料那样容易发生荧光淬灭[4]。
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1．前言在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。
量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。
当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。
随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。
由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。
1998 年, Alivisatos和Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。
目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。
与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。
通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。
窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。
由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。
量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。
现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。
量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。
本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。
第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。
2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。
通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。
配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。
这种方法制备量子点，具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点，其粒径分布可用多种手段控制，因而成为目前制备量子点的主要方法。
2.1 单核量子点的制备1993 年，Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物，在高温有机溶剂中通过调节反应温度，合成了量子产率约为10%、单分散(±5%)的CdSe 量子点。
他们采用TOPO 作为有机配位溶剂，用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物，依次将其注入到剧烈搅拌的350℃TOPO 溶液中，在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核，然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核，随后升温到260～280℃并维持一段时间，根据其吸收光谱监测晶体的生长，当晶体生长到所需要的尺寸时，将反应液冷却至60℃。
加入丁醇防止TOPO 凝固，随后加入过量的甲醇，由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇，通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。
通过改变温度，可以将粒径控制在2.4～13nm 之间，且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。
此后，Peng 等又通过进一步优化工艺条件,将两组体积不同，配比一定的Cd (CH3) 2、Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温TOPO 中的方法制得了棒状的CdSe量子点，从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。
利用这种方法合成的量子点受到杂质和晶格缺陷的影响，因此量子产率较低。
由于Te 更容易被氧化，所以制备高质量的CdTe 要比制备CdSe，CdS 难得多。
2001 年，Dmitri.V 等用DDA(十二胺)代替TOPO作反应溶剂合成高质量的CdTe 量子点，量子产率可达65%，且窄的发射光谱覆盖红色和绿色光区。
为了更好的理解CdTe 量子点的成长机理，2002 年，Sanser[17]报导了同样用DDA(十二胺)和TOP 的混合溶液作前体，分别在145℃，165℃，和180℃下制备的CdTe 的尺寸依次为2.4nm，2.7nm，2.9nm。
实验中发现，反应温度越高，量子点成长速度越快，量子产率越高，量子点发光寿命越长。
因为有机隔，有机锌等试剂本身剧毒，在常温下不稳定，易燃易爆，所以整个制备过程必须严格控制在无水无氧的条件下进行，而且当把有机隔注入高温TOPO 时，会产生金属沉淀，还有就是有机隔的价格昂贵，这些缺点限制了有机金属法的应用和进展，需要找到有机隔的替代品。
2001 年，Peng[18]等对传统方法进行改进，选用CdO 代替Cd(CH3)2 作为Cd 的前体，选用HPA(己基膦酸)和TDPA(十四烷基膦酸)作为强配体，在纯度为90 %的TOPO 中一步合成出了高质量的CdS、CdSe、CdTe 量子点。
由于不采用有机镉作为原料，反应不需要在严格的无水、无氧的条件下进行，而且反应温度较低(250～300℃)，反应温和，成核速度慢(几十秒)，增强了实验的再现性，大大地简化了制备工艺，减轻了对环境的污染。
随后，Qu[19]等继续用CdO 代替有机隔加入到TOPO-HAD（十六胺）中混合体系中制备CdSe，实验表明，量子产率和荧光强度等和反应初加入Cd 前体和Se 前体的摩尔质量比密切相关，当Se 前体过量Cd 前体5～10 倍时，所得量子点的量子产率在室温下可达85%，对应半峰宽仅23nm，并可稳定保存数月。
接着，Qu 等[20]在上述实验研究基础上，研究了不同前体/溶剂/配体组合对制备量子点的影响，合成出粒径1.5～25nm 的CdSe 量子点。
研究表明选用Cd（Ac）2 与脂肪酸这一前体/溶剂组合，因其反应速度快，适合合成粒径大的CdSe 量子点。
后来，量子点的合成工艺又有了新的改进，一些价格低廉，绿色环保的试剂逐渐被采用，代替常用的TOPO，TOP 等有机试剂。
例如油酸作配体，ODE（十八碳烯）代替TOPO 作高温反应溶剂。
2002 年，Yu 等首次用油酸和ODE（十八碳烯）分别作配体和非配位溶剂，合成高质量的CdS 量子点。
同样这种方法也应用到合成其它量子点上，包括ZnSe。
2004 年，Li 等利用Zn 的脂肪酸盐硬脂酸锌作为Zn 前体在ODE 中制得了高度单分散的ZnS 和ZnSe 量子点,量子产率高到50％，半峰宽只有14nm。
但是试验中，仍然用到TOPO溶解Se 粉，没有真正实现替代有机溶剂。
近年来，又出现了另外一种长烷基链烷烃-液体石蜡，橄榄油作溶剂的报道，与TOPO及ODE 等有机溶剂相比，液体石蜡和橄榄油价格更低廉。
2006 年，Sapra 等利用橄榄油同时作为溶剂和配体,制得了高度单分散的CdSe 纳米晶粒,合成量子点尺寸在 2.3～6.0nm，所对应的光谱范围485～640 nm，但是量子产率偏低,只有10 %～15 %。
2007 年，Dai等同样用橄榄油同时作为溶剂和配体合成高度分散的ZnSe 纳米晶体和纳米花，整个操作过程简单，不需除氧操作，所用试剂绿色环保，重现性好，他们不仅报导了一种新颖的ZnSe纳米花合成方法并且提出了纳米花合成的机理。
2005 年，唐等采用液体石蜡作为Se 的溶剂，油酸作为配体，溶解CdO 形成Cd 前体溶液。
在剧烈搅拌的条件下，Se 可溶于高温液体石蜡( > 220℃)中形成Se 前体溶液，将Cd 前体溶液快速注入到Se 前体溶液中反应,制得了CdSe 量子点，量子产率可以达到60%。
利用这种合成方法，邢等[26]合成了高质量的CdTe 量子点，利用这种方法制得的CdTe 量子点均为立方闪锌矿结构, 粒径范围为3～7 nm,最大发射波长在570～720 nm 范围内连续可调，荧光量子产率最高达到65%，重要的是发现量子点在15～60℃具有良好的热稳定性，有利于生物领域中的应用。
同年他们成功地将这种油溶性CdSe 量子点通过溶胀的方法包入多孔聚苯乙烯微球中形成性能优异的水溶性荧光微球[27]。
此外，2007 年，Liao等采用液体石蜡作溶剂，油酸作反应媒介在较低温度170℃时制得高度单分散的CdSe 量子点，但是量子产率较低。
2.2 核壳式量子点量子点荧光的产生，是由于吸收激发光以后,产生电荷载体的重组。
如果制备的量子点有大量的缺陷，就会发生电荷载体的无辐射重组，严重影响量子产率；如果缺陷仅位于粒子的表面，可以通过化学方法来改善这些缺陷。
因此人们想到用长链烷烃作表面活化剂，提高量子产率，但是有机配体很难同时钝化量子点表面的阴离子和阳离子，对无机材料来说，不仅可消除表面阴阳离子，而且产生新的纳米晶体[29]。
实验结果表明,量子点的荧光性质确实可以通过表面修饰，特别是在在半导体量子点核上外延生长另一种晶格匹配、宽带隙的壳材料对于半导体量子点的稳定性和可加工性有很大的改善作用。
这样，当光作用到量子点时形成的电子和空穴就会被限域于核材料内部，从而减少了非辐射复合，提高半导体材料的光致发光和电致发光性能，同时抗光氧化能力、化学稳定性和热稳定性都得到显着提高。
1995 年，Hines 等[38]以Zn (CH3 ) 2 (二甲基锌)和(TMS) 2S(六甲基二硅硫烷)作为Zn 前体和S 前体，用有机金属法制备出了CdSe/ZnS 核壳结构的量子点。
包覆层ZnS 消除了原子表面的悬挂键，减小了量子点发生团聚的可能，使其在室温下的量子产率有了显着的提高，可以达到50%。
1996 年，Bawendi 等[39]又利用ZnEt2 (二乙基锌)和(TMS) 2S 作为Zn 前体和S 前体，在CdSe 的表面包覆了ZnS，有效的限制了载流子，可以将CdSe 在室温下的量子产率提高到40～50%左右。
尽管当时大家的研究集中在ZnS 包裹的CdSe 量子点上，由于CdSe 与ZnS 晶格失配度较大（≈12%），因此造成在量子点表面形成新的缺陷，使调高量子产率程度有限。
但是壳材料CdS （≈3.9%），ZnSe (≈6.3%)与CdSe 核的晶格失配度相对较小，而且ZnSe 量子点的荧光发射光谱范围在从蓝光到紫外光的短波范围，因此它在电子行业应用的巨大潜力吸引了不少科研人员的注意。
在有机金属法合成技术改进后，2002 年，Reissue 等首先用CdO 作前体，用HAD-TOPO 作配体一锅法制备了CdSe 量子点，后以硬脂酸锌作Se 源，在CdSe 量子点表面包覆了一层ZnSe，合成了CdSe/ZnSe。