量子点总结
量子点总结
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。
光电器件中的量子点研究及其应用分析
光电器件中的量子点研究及其应用分析光电器件是指能够将光能转化为电能的器件，与人们的日常生活密切相关。
其中，量子点是一种非常有前途的材料，其在光电器件中的研究和应用得到了越来越多的关注。
一、量子点的概念与特性1.1 量子点的定义量子点是一种纳米级别的半导体材料，它具有特殊的物理结构和电子能带结构。
由于其非常小，通常是0.1-10纳米之间，因此具有许多独特的性质和应用潜力。
1.2 量子点的特性量子点在光学、电学、磁学等方面具有非常独特的性质，主要包括：（1）尺寸效应：量子点最显著的特性就是其尺寸远小于电子运动的布拉格波长，因此产生了电子的限制和禁带宽度的变窄。
（2）禁带色移：由于量子点的尺寸变小，其禁带的能级被压缩到更高的能量，导致量子点发射的光子波长比体材料更短，产生蓝移，即禁带色移。
（3）光致发光：量子点受到光的激发后能够较短时间内快速退激发并产生较亮的发光。
（4）透明度：由于量子点具有非常小的体积，因此使用时不会影响光学透明度。
二、量子点在光电器件中的应用2.1 LED量子点LED，简称QLED，是一种新型的LED光源，是用半导体量子点取代了传统的荧光粉材料，形成溶胶法和薄膜法两种制备方法。
它可以实现黄光谱到蓝光谱的宽波长，同时还具有较高的亮度和较低的功耗，因此在照明和显示领域有着广泛的应用。
2.2 光电转换器件量子点材料具有带隙能量的可控性，可以控制其带隙能量来实现波长选择，做成特定波长的太阳能电池器件。
由于量子点色散度低、吸收光谱宽，所以用于太阳能电池的薄膜转换层上具有潜在的应用前景。
2.3 生物医学应用量子点可以被标记在生物分子和细胞表面，发挥生物成像、检测等方面的作用。
例如，使用具有荧光的量子点作为成像材料，可以在体内高清晰度地观察分子和细胞结构的变化。
因此，量子点在生物医学领域具有广泛的应用前景。
三、量子点研究的现状和发展趋势随着科学技术的不断发展，量子点的研究和应用越来越受到关注。
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。
量子点的优点
量子点的优点
作为近年来新兴的材料研究领域，量子点呈现出许多独特的性质和潜在应用。
下面是量子点的一些优点：
1.发光性能优异
量子点具有较强的荧光和磷光，可以发射各种颜色的光，可以广泛应用于显示器、LED照明、彩色滤光片、生物标记等领域。
与传统的半导体材料相比，量子点的发光光谱宽度窄，发光强度高，发光亮度高，色彩饱和度高。
2.光电转换效率高
量子点具有较高的光电转换效率，能够将光能量高效地转换为电能量或者将电能量高效地转换为光能量，可以广泛应用于太阳能电池、光电器件等领域。
3.尺寸可控制
量子点的尺寸可控制在纳米级别，从几个到几百纳米不等。
通过尺寸的调节，可以控制量子点的能带结构和光学性质，可以实现多色光发射。
4.稳定性好
量子点具有良好的稳定性，可以在高温、高压、高湿等恶劣环境下工作，不易受到外部因素的影响。
5.可制备性高
量子点的制备方法多样，可以通过溶液化学法、气相沉积法、离子束法等方法制备，制备过程简单、易于控制，可以批量制备。
总之，量子点具有诸多优点，具有广泛的应用前景。
未来随着对量子点材料的深入研究，它们的优点将被更好地发挥。
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。
微纳尺度下量子点的性质分析
微纳尺度下量子点的性质分析微纳尺度下量子点是一种新奇的材料，由于其具有很小的尺寸和特殊的电子结构，所以在纳米电子学、光学、电化学等领域被广泛应用。
在本文中，我们将对微纳尺度下量子点的性质进行分析，并探讨其在应用中的优势。
1. 量子点的基本概念量子点是一种尺寸在1纳米到10纳米之间的纳米材料，其制备方法包括分子束外延、化学气相沉积、湿化学法、微流控技术等。
量子点由于其小的尺寸，表面积大、性质可控、精準刻画等特点而被广泛研究和应用。
量子点呈现出不同尺寸所带来的不同性质，例如蓝移和红移的荧光变换、能隙变化、荧光强度改变等。
因此，量子点特别适合用于光学材料、太阳能电池、生物标记等领域。
2. 量子点的电子结构量子点的电子结构是其特殊性质的根源。
量子点由于其大小比束缚电子轨道小，因此量子点的电子数目是固定的，还与量子点大小和形状有关。
由于电子数目固定，使得量子点画出的能级图具有量子化的特点，每个能级只能容纳一个电子，不能存在两个电子处于同一个能级上的情况。
此外，量子点由于其大小与波长相当，导致进出量子点载流子的相互作用发生了变化，使得电子和空穴的重新复合方式与大型晶体的相比起来，产生了很大的不同，这种重新的组合方式使量子点在光学、电学和化学等方面具有出众的性能。
3. 量子点的荧光性质量子点的荧光强度随着粒子的大小而变化，而荧光峰值随着粒子的直径减小而向蓝移。
这是因为在量子点中，电子和空穴通过一定的机制重新复合，产生了一个准粒子激子。
通过调节量子点的粒子大小和形状，可以控制其荧光的波长和强度，从而使其在荧光成像、生物分子标识、长寿命荧光传感器等领域具有很好的应用潜力。
同时，由于量子点的荧光强度随着粒子的大小而变化，所以大的量子点荧光非常强，而小的量子点荧光弱，这也使得量子点在荧光成像等高灵敏度领域很有发展前景。
4. 量子点的电性质量子点的电性质也受到其特殊的电子结构的影响。
由于量子点中电子和空穴的能级具有量子化，因此量子点具有高载流子浓度和高的载流子迁移率。
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
0 4
2、含Zn量子点
根 据 能 带 结 构 的 不 同 ， 量 子 点 可 以 分 为 2 类 ： 窄 禁 带 量 子 点 如 CdSe(1.7eV) CdTe(1.5eV)等；宽禁带量子点如ZnS(3.6eV)、ZnSe(2.7eV)和ZnO(3.4eV)。ZnS是一种
研 究 现 状
典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体，属于宽禁带半导体材料。早期主要是将ZnS外延生长在CdSe 等量子点的表面，以构成一层或多层的宽带隙的无机材料，起到钝化内核表面缺陷 的作用，从而提高其荧光效率。 后来才有人将ZnS做成单独的量子点。
化学方法中研究最多的主要是水相合成法，这种方法合成的量子点 粒径均匀，成本低，绿色环保，缺点是会存在一些杂质，纯度不高。
0 3
量 子 点 制 备 方 法
金属-有机相合成：主要采用有机金属法，在高沸点的有机溶剂中利 用前驱体热解制备量子点，前驱体在高温环境下迅速热解并结成核晶 体缓慢成长为纳米晶粒。 通过配体的吸附作用阻碍晶核成长，并稳 定存在于溶剂中。 该方法制备的量子点具有尺度范围分布窄，荧光 量子产率高等优点。 但其成本较高且生物相溶性差，量子产率降低， 甚至发生完全荧光淬灭现象。 无机合成路线：目前常用水溶性硫基化合物，柠檬酸等做为保护剂在 水相中制备量子点。 硫基化合物，柠檬酸等与量子点的稳定性、功 能化有关，因此选择带有适当官能团的保护剂对于控制量子点的表面 电荷及其他表面特征极为重要。 水相合成量子点操作简便，重复性 高，成本低，表面电荷和表面性质可控，很容易引入官能团分子。量 子点质量的好坏直接关系到其应用研究的开展和研究成果的优劣。
0 1
量 子 点
基本特性
量子尺寸效应：量子点最大的特点是能量间隙随着晶粒的增大而改变， 晶粒越大，则能量间隙越小，反之，能量间隙越大。也就是说，量子点 越小，则发光的波长越短（蓝移），量子点越大，则发光的波长越长 （红移）。根据量子点的尺寸效应，我们就可以运用改变晶粒尺寸的方 法来改变发光光谱，而不再需要改变量子点的化学组成 。 量子限域效应：量子点是由少量的原子所构成的，由于尺寸的限制，其 内部电子在各方向上的运动都受到局限，不能再自由移动，这就是所谓 的量子限域效应。正是这种效应导致了量子点会产生类似原子一样的不 连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。这种“人造原 子”在被激发时也不再有普通晶体的带状光谱，而具有了像原子一样极 窄的线状光谱性质，其光谱是由带间跃迁的一系列线谱组成。
量子点
分析化学 杨丽琼
2016年12月8日
目录
一
目录
电结晶的原理
二 三 四
瞬间成核与核连续生长的动力学特征
结晶的不同伏安行为 控制金属生长源自得到光滑表面的方法1电结晶的原理
1
量子点概述
纳米材料的特有结构使得其具有各种宏观材料所不 具备的特殊性质，归纳起来有以下几点: （1）小尺寸效应 （2）量子尺寸效应 （3）表面效应 （4）宏观量子隧道效应 （5）库伦阻塞与量子隧穿 （6）介电局限效应
2
量子点的发光机理
图2 半导体量子点的光致荧光机理阐述图。图中实 线代表辐射跃迁；虚线代表非辐射跃迁；e为电子； h为空穴；(a)电子和空穴直接复合发光；（b）为缺 陷态复合发光；（c）杂质态发光
3
传统染料荧光机理
图3 辐射和非辐射
4
量子点和传统染料发荧光的区别
由于量子点具有表而原子密度小、表而活化能高、激子 运动受限、量子隧穿等一系列特殊性质，因而表现出与传统 荧光染料不同的光学性质。 （1）激发谱带宽而连续 （2）荧光发射潜带较窄而对称 （3）斯托克斯位移较大 （4）荧光寿命相对较长 （5）优越的光稳定性 （6）尺寸依赖性
2
量子点的发光机理
半导体量子点受外部能量激发后，电子由基态跃 迁到激发态，与空穴形成激子，电子一空穴对以辐 射复合或无辐射复合的方式将能量释放掉，电子弛 豫到基态。辐射复合过程产生光子，无辐射复合过 程产生声子或俄歇电子。 （1）电子和空穴直接复合发光 （2）缺陷态复合发光 （3）杂质能级复合发光
The end
Thank you!
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量子点概述
由于量子点三个维度尺寸都很小，均小于费米 波长，电子一空穴的库仑作用力增强，使得电子一 空穴在三个维度上均受到能垒的限制而不能自由流 动，其能级不是连续的而是处于分立状态，所以量 子点会表现出与多环芳烃等大分子相似的光学性质， 如可以发射荧光等。
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。
纳米尺度下的量子点和量子线路
纳米尺度下的量子点和量子线路随着科技的不断发展，纳米技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
在纳米尺度下，物质的性质会发生根本性的改变，其中量子点和量子线路是两个备受关注的研究领域。
本文将深入探讨纳米尺度下的量子点和量子线路的原理和应用。
一、量子点的概念和特性量子点是一种纳米尺度下的半导体结构，其尺寸通常在1到100纳米之间。
量子点的特殊之处在于其能级结构呈现出量子限制效应，即在三个维度上限制了电子的运动。
这使得量子点具有许多独特的性质和应用。
首先，量子点的能带结构呈现出离散的能级，这导致了量子点在光学和电学性质上的差异。
例如，量子点的能带结构使得其能够发射和吸收特定波长的光，这为量子点的应用于光电子学和光储存提供了可能。
其次，量子点的尺寸效应使得其能够调控材料的光学性质。
通过调节量子点的尺寸和形状，可以改变其对不同波长光的吸收和发射特性。
这种尺寸效应可以用来设计和制造具有特定光学性质的材料，如量子点显示器和量子点激光器。
此外，量子点还具有优异的电学性质。
由于其尺寸小于传统材料的费米长度，量子点中的电子受到限制，从而表现出量子输运效应。
这使得量子点可以应用于高效能量转换和传感器等领域。
二、量子线路的原理和应用量子线路是一种利用量子力学原理进行信息处理的技术。
与传统的计算机使用二进制位（bit）进行信息存储和处理不同，量子计算机使用量子位（qubit）来存储和处理信息。
量子位具有超位置态的特性，可以同时处于0和1的叠加态，从而使得量子计算机具有更高的计算效率和处理能力。
量子线路的核心是量子门，它是一种用于操作和控制量子位的逻辑门。
通过对量子位施加不同的量子门操作，可以实现量子比特之间的相互作用和量子信息的传递。
这种量子门的操作方式与传统计算机的逻辑门不同，需要考虑到量子叠加态和量子纠缠等量子力学特性。
量子线路的应用领域非常广泛。
首先，量子计算机可以在特定情况下实现比传统计算机更高效的计算。
例如，量子计算机可以用于解决一些复杂的数学问题，如因子分解和优化问题。
量子点
• 2、水相直接合成法：
• 在水相中直接合成量子点具有操作简便、重复性高、成本低、表面电 荷和表面性质可控，容易引入功能性基团，生物相容性好等优点，已 经成为当前研究的热点，其优良的性能有望成为一种有发展潜力的生 物荧光探针。目前，水相直接合成水溶性量子点技术主要以水溶性巯 基试剂作稳定剂。
• 近年来又发展了用其它类型试剂做稳定剂制备水溶性量子点的方法， Sondi等用氨基葡聚糖(aminodextran，Amdex)作稳定剂，在室温下合 成了CdSe量子点。
• 4、在同等画质下，QLED的节能性有望达到OLED屏的2倍，发光率将提升30% 至40%。同时QLED可以达到与无机半导体材料一样的稳定性、可靠性。
主要特性：
• 1、这种技术中用到的量子点（Quantum Dots）是 一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶 体，晶体中的颗粒直径不足10纳米。
• (4)量子点具有较大的斯托克斯位移(指荧光光谱较相应的吸收光谱红移)。量 子点不同于有机染料的另一光学性质就是宽大的斯托克斯位移，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。
• (5)生物相容性好。量子点经过各种化学修饰之后，可以进行特异性连接，其 细胞毒性低，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测。
• (6)量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命一般仅为几纳秒(这与很多 生物样本的自发荧光衰减的时间相当）。而量子点的荧光寿命可持续数十纳 秒（20ns一50ns)，这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变，而量子 点荧光仍然存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号。
• 总而言之，量子点具有激发光谱宽且连续分布，而发射光谱窄而对称，颜色 可调，光化学稳定性高，荧光寿命长等优越的荧光特性，是一种理想的荧光 探针。
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。
量子点荧光材料的制备与应用技巧总结
量子点荧光材料的制备与应用技巧总结量子点荧光材料是一种具有优异荧光性能的纳米材料，具有独特的光电特性，被广泛应用于生物医学、能源、光电子等领域。
本文将总结量子点荧光材料的制备方法和应用技巧，以帮助读者更好地了解和应用这一前沿材料。
一、量子点荧光材料的制备方法1. 热分解法：热分解法是最常用的制备量子点荧光材料的方法之一。
该方法通过热解金属有机前驱体来得到所需的纳米结构。
根据具体需求，可以选择不同的金属有机前驱体，如三苯基磷化铟、二硫化镉等。
2. 溶剂热法：溶剂热法是另一种常用的制备量子点荧光材料的方法。
该方法通过在有机溶剂中溶解金属有机前驱体，然后加热至高温进行反应来制备量子点。
溶剂的选择对产品的形貌和性能有很大影响，如正己烷可以得到球形量子点，乙二醇可以得到棒状量子点。
3. 微乳液法：微乳液法是一种制备高质量量子点的有效方法。
该方法利用表面活性剂在油水界面形成微乳液，在此基础上进行反应得到量子点。
这种方法可以有效控制量子点的尺寸和分布，并且能够制备非常稳定的量子点。
二、量子点荧光材料的应用技巧1. 生物标记：量子点荧光材料在生物医学领域具有广泛的应用潜力。
通过将适当的表面修饰剂选择在量子点表面，可以实现对生物标记物的特异性识别和定位成像。
此外，量子点具有较长的荧光寿命和较窄的荧光发射峰宽度，可以减少荧光交迭和自发发光，提高成像的分辨率和灵敏度。
2. 冷光荧光体：量子点荧光材料还可应用于冷光荧光体领域。
冷光荧光体是一种可以在黑暗环境中自发发光的材料，具有广泛的应用前景，如夜光表、夜间安全标识等。
通过选择适当的量子点材料和表面修饰剂，并进行精确的尺寸调控，可以制备出长时间、高亮度的冷光荧光体。
3. 光电转换器件：量子点荧光材料还可以用于制备高效的光电转换器件，如光电池和光电二极管等。
量子点荧光材料具有较高的光电转换效率和较窄的光电子带宽度，在太阳能电池领域具有很大的潜力。
此外，通过调控量子点的尺寸和能带结构，还可以实现多级光电子能带的调控和级联，从而提高光电转换器件的效率。
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。
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量子点总结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。