量子点

离子；浓度过高的话，又会降低检测的灵敏度。缓冲溶液的种类对量子
点的表面电荷有不同影响，量子点在不同的缓冲溶液中所表现出的荧光 性质也有一定的差异。
0 5
2、量子点在生物医学领域的应用
量子点作为新型的荧光探针具有激发光波长范围宽、发射光谱宽度窄、荧光
量 子 点 的 应 用
强度高、稳定性好以及寿命较长等优点，这使其比传统的有机染料具有明显的优
0 4
Байду номын сангаас
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。
0 5
1、量子点用于检测重金属离子
量 子 点 的 应 用
量子点由于其荧光特性，加入金属离子会产生荧光增强或荧光猝灭的 现象，因此，量子点可以用于重金属离子的检测。在重金属离子的检测 过程中，量子点浓度对目标重金属离子的检测有一定的影响。浓度低， 会提高其灵敏度，不过线性范围变窄，故不能准确的检测体系中重金属
研 究 现 状
我们且称作“量子点”。
目前，量子点生物技术首 先在医药学上得到应用， 量子点电视显示屏已经出 现，量子点 LED （ QLED ） 光源也在实验室里诞生。
2000年以后，量子点制备技术的提 高带动了其应用领域的发展，尤其 是量子点技术的光谱随尺寸可调、 斯托克斯位移大、发光效率高、发 光稳定性好等一系列独特的光学性
能更是成为近年来研究的焦点，并
取得了重大进展 。
0 4
1、含Cd量子点的研究现状
含镉量子点有很多种，如CdSe量子点、核壳结构 CdSe/ZnS量子点、CdTe、
CdSe、CdS、CdS/ZnS、CdSe/CdS等 。早期含镉量子点通常采用胶体化学方法在有
研 究 现 状
机体系中合成。但是这样的量子点容易受杂质和晶格缺陷的影响，量子点的产率很 低。经过科学家的不断努力，利用纳米粒子的有效限域载流子效应能使其量子点产 率达到50%。但这些工作中使用的原料仍然为剧毒、易燃、昂贵和室温不稳定的二 甲基镉。近年来，人们已经开始采用无毒、稳定且价廉方法制备含镉量子点。 当前研究比较多的是直接对有机相中制备的量 子点进行表面修饰。此外，水相合成法由于其操 作简单、价格低廉、毒性小，且对量子点表面性 质影响较小等优点，也是当前的研究热点。
电弧法
溶胶凝胶法 微乳法
化学方法
水热法
化学沉淀法 喷雾热解法
0 3
制备方法的优缺点 量 子 点 制 备 方 法
物理方法制备的量子点具有较高的量子产率、较窄的荧光半峰宽度、 较好的单分散性和稳定性，不足之处是相关设备很贵，试剂毒性大， 这样就存在量子点的生产成本高以及操作安全性等方面存在很多缺 点，从而限制了它的使用范围。
箱形量子点
0 2
量 子 点 的 分 类
球形量子点
量子点按其几何形状
柱形量子点 立方量子点
盘形量子点和外场（电 场和磁场）诱导量子点
元素半导体量子点 按其材料组成 化合物半导体量子点 异质结量子点
按其电子与空穴的量子封闭 作用
1型量子点 2型量子点
0 3
物理方法
量 子 点 制 备 方 法
金属有机化学气相沉积 金属有机分子束外延
ZnSe 量子点是一种宽禁带半导体材料，
其禁带宽度为 2.7eV(460nm) ，能发射蓝色可 见光 。由于ZnSe量子点无毒，生物相容性好， 因而也受到了研究者的重视。ZnSe量子点可 以在水相中直接合成，但是产率降低。
0 4
研 究 现 状
2、含Zn量子点
ZnO量子点也是一种宽禁带半导体材料。ZnO的结构为六方晶体纤锌矿 结构，晶格常数a=3.249，c=5.206。ZnO晶胞中每个Zn原子与4个O原子按 四面体分布，室温下其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，比室 温热离化能 (26meV) 大很多。激子不易发生热离化。与 ZnSe(22meV) 、 ZnS(40meV)相比，ZnO是一种室温下优良的紫外发光材料。但ZnO量子点 在水相中的光学稳定性和水溶性很差 。
浅谈量子点
College of Materials Science and Engineering, Fuzhou University
组员：万佳琪、杨克伟、陈小宇、方义 导师：冯苗
目 录
Contents
1 2
量子点 量子点的分类
3
4 5
量子点制备方法
量子点研究现状 量子点的应用
0 1
量 子 点
0 5
3、量子点在照明领域的应用
2009年，第1个量子点LED（QLED）灯泡在美国诞生。2010年，中国人取得
量 子 点 的 应 用
了量子点技术颠覆性的突破，成为 QLED 照明进入实用化的起点。 量子点是 QLED 发光的基本材料。实现 QLED 发光的主要有两种形式：一是采用在 GaN 基 LED中作为光转换层，有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色 光；二是采用其电致发光形式，将其涂敷于薄膜电极之间而发光。 与传统的光源相比 QLED 的白光，在原理上可以 完全做到与理想照明光源一致，更加接近于自然光， 并且发热会进一步减少。QD-LED由于发光性能良好、 使用寿命长，正在逐步取代传统照明材料成为新的
越性。目前已经成功应用于多种研究和应用领域，包括基本的细胞成像、临床诊
断、医学成像。随着量子点质量和表面修饰技术的提高，量子点在生物成像方面 有着越来越广泛的应用。量子点在生物医学成像中的研究表明量子点完全可以达 到与传统荧光物质一样的成像效果甚至更高，尤其是其能在活细胞中长时间的跟 踪目标分子，而传统的荧光物质是根本无法完成的。研究表明，量子点正成为在 医学成像中一种有力的荧光探针和诊断工具，对研究疾病的发病机理、特别是荧 光探针对癌细胞的成像等方面将会发挥巨大的作用。
0 1
量 子 点
基本特性
量子点的基本特性有：量子表面效应、尺寸效应、量子限域效应、宏 观量子隧道效应 。
量子表面效应：随着构成量子点的原子数量的减少，粒径也随之减小， 比表面积随之增大。在化学性质方面，由于大部分原子都位于其颗粒 表面，又使得化学性质异常活泼，极易产生宏观状态条件下不能发生 的化学反应；在光学性质方面，其反射系数会随着粒径的减少而显著 降低。粒径越小，则颜色越深，即纳米颗粒的光吸收能力越强，呈现 出 宽 频 带 强 吸 收 光 谱 ， 直 至 成 为 黑 色 。
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。
量 子 点 制 备 方 法
程度。有机配位体不能同时将表面阴阳粒子完全钝化，表面依然残留有较多的悬键，
钝化效果不理想，量子产率同样不能大幅度提高。
0 4
1981 年， 1 种 全新概念的纳 米级半导体发光粒子被发现， 从发现到前 1 个 10 年的时间里，人
们还仅仅在学术的角度研究它的性
质，又过了 10年的时间也基本上没 有找到它的应用领域。
光装置。在太阳能电池的应用中，可以用量子点敏化二氧化钛电极，从 而提高染料敏化太阳电池的光电转化效率。在医药领域，可以利用药物
对量子点的荧光猝灭效应，以检测生物体内药物含量。在光催化剂方面，
量子点可以作为光催化剂降解有机化合物，在抗菌保洁方面有广阔的应 用前景。随着量子点研究的不断进展，制备出量子产率高、稳定、生物 相容性好的量子点，量子点的应用将会越来越广 。
0 1
量 子 点
基本特性（光学）
1、量子点纳米颗粒具有良好的线性光学性质，主要体现在发射峰窄、 吸收峰宽 。（量子尺寸效应） 2、量子点荧光材料非常稳定，可以经受反复多次的激发，具有较高 的发光效率 。（量子限域效应） 3、量子点荧光材料的发光性质可以通过改变量子点的尺寸来加以调 控。通过改变量子点荧光材料的尺寸和化学组成可以使其荧光发射波 长覆盖整个可见光区。
“绿色”发光光源。目前，国内关于 LED 领域的纳
米量子点的研究还比较少。国外 LED 纳米量子点也 还基本处于实验室研发阶段。
电致发光型QLED原理图
0 5
4、量子点在其他领域的应用
量 子 点 的 应 用
量子点的在很多方面都有很大的应用，比如量子点在光电方面的应
用很广，在示波器和发光二极管中得到很好的应用，并能应用于电致发
0 3
量子点的表面修饰
通常制备的量子点水溶性较差，为了改变这一状况，我们一般对量子点进 行表面修饰。常用的量子点表面修饰技术可归纳为表面无机修饰和表面有 机修饰两大类。
1、量子点表面无机修饰：单独的量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响，荧 光量子产率低。 当以其为核心，用另一种半导体材料包覆，形成核壳结构，可以 将量子产率提高，并在消光系数上有很强的增加，因而有很强的荧光发射。无机修 饰还有掺杂量子点，研究得较多的是CdS、ZnS、CdSe、ZnSe、CdTe等掺杂cu、Ag、 Mn等。 2、量子点表面的有机修饰：量子点表面配位不足容易产生带隙表面态， 通过加入 有机表面活性等有机配位体与量子点表面离子键合，可以提高表面原子配位的饱和
定义
1981 年， 1 种全新概念的纳米级半导体 发光粒子被发现，我们且称作“量子
点”。量子点是在纳米尺度上的原子和
分子的集合体，主要是由 Ⅱ-Ⅵ 族和 ⅢⅤ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗
粒，又称半导体纳米晶体。
量子点电镜图片
量子点是由有限数目的原子组成，是准零维的纳米材料，三个维度 尺寸均在纳米数量级。
0 1
量 子 点
基本特性
量子隧道效应：对于纳米材料来说，是不可忽视的。粒子的大小达到纳 米尺度时，电子显现出明显的波动性，当自身的能量小于宏观势垒的能 量时，纳米粒子的能量能够使其成功穿越势垒，也就是说利用穿越势垒
的方式，使得一个量子阱进入另一个量子阱，而宏观物质却没有微观粒
子的这种穿透效应，这就是量子隧道效应。
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。