量子点课件-国家纳米科技中心
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碳量子点简介PPT课件
液。
通过改变反应温度、氮源和氮源加入
顺序研究了氨基化过程中影响碳量子
碳量子点氨基化示意图 点发光的因素，确定出了获得高发光
Adv Mater, 2012, 24:45694573. Phys Chem Chem Phys, 2012,
强度的氨基化碳量子点的最佳反应条
碳量子点表面嫁接不同基团会影响其光致发光和 光催化行为。实验结果表明基团改性后 N-CQDs 荧光强度最强，几乎是 O-CQDs 和 Cl-CQDs 强度 的 15-40 倍，但催化效率最低。Cl-CQDs 的催化 效率最高，在 2 min 之内就可以完全降解亚甲基 蓝，随反应温度和氯化亚砜加入量的不同光催化 效率也不同
CQDs/Ag3PO4的SEM及HRTEM
1.CQDs可以作为电子供体和受体，光催化降解过程
中电子很容易的传递到Ag3PO4表面，同时多余的电
子可以传递到 CQDs，避免光腐蚀，提高了催化剂的
稳定性
2.CQDs可以吸收可见光利用上转换作用转换为短波
长(300 to 530 nm)光，进而激发Ag3PO4产生光生
CQDs/CuSx的SEM及HRTEM
Nanoscale,2015,7, 11321–11327 Applied Catalysis B: Environmental
181 (2016) 260–269 Applied Surface Science. /10. 1016/j.apsusc.
碳量子点/金属复合物
碳量子点的金属复合物主要包括碳量子点与金、银 或铂的复合物。
孙亚平等在光照下用碳量子点还原氯金酸或氯铂酸 直接制备了表面金或铂涂敷的碳量子点，可有效地 光催化转化二氧化碳或产氢。在碳量子点的银复合 物中，主要探究了银对碳量子点荧光强度的影响
量子点 课件
量子点课件量子点是一种微观领域中非常有趣和有潜力的材料。
它们是纳米尺度下的半导体结构，具有特殊的电子能级结构和光学性质。
量子点的研究和应用领域非常广泛，涉及到光电子学、生物医学、能源等多个领域。
首先，让我们来了解一下量子点的基本概念和性质。
量子点是由几十个到几百个原子组成的纳米结构，其尺寸通常在1到10纳米之间。
由于尺寸的限制，量子点的电子能级会发生量子限制效应，导致其光学和电学性质与宏观材料有很大的不同。
量子点的尺寸越小，其能级间隔越大，能级间的跃迁所对应的光谱也越宽。
这使得量子点在光电子学中具有很大的潜力，例如用于光电转换、发光二极管等。
其次，量子点还具有很强的荧光性质。
当量子点受到光的激发时，电子会从基态跃迁到激发态，然后再通过辐射跃迁回到基态，释放出特定波长的光。
由于量子点的能级结构和尺寸可以调控，因此可以通过改变量子点的尺寸和组成来调节其发光波长。
这种特性使得量子点在生物医学中有很大的应用潜力，例如用于生物标记、荧光成像等。
除了光学性质外，量子点还具有很强的电学性质。
由于量子点的尺寸小，其表面积相对较大，因此可以提供更多的活性位点，有利于电子传输。
这使得量子点在太阳能电池、电化学催化等领域具有广阔的应用前景。
例如，将量子点作为太阳能电池的吸光层，可以提高光电转换效率；将量子点作为电化学催化剂，可以促进氢气产生反应等。
此外，量子点还可以通过掺杂或合金化来改变其性质。
通过掺杂不同的原子或合金化，可以调节量子点的能带结构和能级分布，从而实现对其光学和电学性质的调控。
这种调控性使得量子点在材料科学中具有很大的潜力，例如用于制备高效的光电子器件、催化剂等。
总结起来，量子点是一种非常有趣和有潜力的材料，具有特殊的电子能级结构和光学性质。
其在光电子学、生物医学、能源等领域有广泛的应用前景。
通过调节量子点的尺寸、组成和结构，可以实现对其性质的精确调控。
随着对量子点的深入研究和理解，相信它们将会在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。
量子点荧光PPT课件
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荧光碳点的应用
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荧光碳点的应用
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荧光碳点的应用
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谢谢您的观看！
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碳点等量子点材料荧光产生机理
量子点可以通过尺寸大小调节它的能带结构,使受激发出的光 刚好在可见光范围内,当然被制备量子点的材料,很多本身就具 有荧光性质,做成量子点只是要调节下发光效率和谱频位置而 已。量子点可以把电子锁定在一个非常微小的三维空间内， 当有一束光照射上去的时候电子会受到激发跳跃到更高的能 级。当这些电子回到原来较低的能级的时候，会发射出波长 一定的光束，即有荧光。
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影响荧光效率的主Байду номын сангаас因素
1）分子结构的影响： 共轭体系越大，荧光效率越高；分子的刚性平面结构利于 荧光的产生；给电子取代基可使荧光增强，吸电子取代基 使荧光减弱；重原子效应使荧光减弱。
2）环境因素的影响： 溶剂的极性越强，荧光强度越大；对于大多数荧光物质， 升高温度会使非辐射跃迁引起的荧光的效率降低；表面活 性剂的存在会使荧光效率增强；顺磁性物质如溶液中溶解 氧的存在会使荧光效率降低。 此外，可通过表面修饰来填补量子点表面的缺陷，从而 提高荧光量子产率.
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量子限域效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连 续态分裂成分立能级，且粒子尺寸越小，能级间距越大。
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表面效应
量子点极大的比表面积导致表面原子周围缺少相邻的原子，从 而产生大量缺陷能级，一般在半导体带隙之间。表面效应产生 的缺陷能级比激子态更易捕获电子并发光。
主要内容
荧光碳点的应用
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荧光碳点的应用
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荧光碳点的应用
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谢谢您的观看！
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碳点等量子点材料荧光产生机理
量子点可以通过尺寸大小调节它的能带结构,使受激发出的光 刚好在可见光范围内,当然被制备量子点的材料,很多本身就具 有荧光性质,做成量子点只是要调节下发光效率和谱频位置而 已。量子点可以把电子锁定在一个非常微小的三维空间内， 当有一束光照射上去的时候电子会受到激发跳跃到更高的能 级。当这些电子回到原来较低的能级的时候，会发射出波长 一定的光束，即有荧光。
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影响荧光效率的主Байду номын сангаас因素
1）分子结构的影响： 共轭体系越大，荧光效率越高；分子的刚性平面结构利于 荧光的产生；给电子取代基可使荧光增强，吸电子取代基 使荧光减弱；重原子效应使荧光减弱。
2）环境因素的影响： 溶剂的极性越强，荧光强度越大；对于大多数荧光物质， 升高温度会使非辐射跃迁引起的荧光的效率降低；表面活 性剂的存在会使荧光效率增强；顺磁性物质如溶液中溶解 氧的存在会使荧光效率降低。 此外，可通过表面修饰来填补量子点表面的缺陷，从而 提高荧光量子产率.
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量子限域效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连 续态分裂成分立能级，且粒子尺寸越小，能级间距越大。
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表面效应
量子点极大的比表面积导致表面原子周围缺少相邻的原子，从 而产生大量缺陷能级，一般在半导体带隙之间。表面效应产生 的缺陷能级比激子态更易捕获电子并发光。
主要内容
纳米技术PPT课件
纳米材料可分为人工制备与天然
天然：
•天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿
•蜜蜂：蜜蜂的体内存在磁性的纳米粒子， 具有“罗盘”的导航作用，并利用这种 “罗盘”来确定其周围环境在自己头脑里 的图像而判明方向。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.5 纳米结构和纳米材料的应用
一、纳米结构的应用 1、量子磁盘与高密度磁存储 2、高密度记忆存储元件 3、高效能量转化纳米结构 (1) 高效再生锂电池： (2)太阳能电池： (3)热电转化
纳米材料——凝聚态物理 纳米材料——半导体材料 纳米材料——化学 纳米材料——复合材料 纳米材料——医学药物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.4 纳米材料在高科技中的地位
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1963年，Uyeda及其合作者用气体冷凝法， 对单个的金属超微颗粒的形貌和晶体结构进 行了透射电子显微镜研究。
1970年，江崎与朱兆祥首先提出了半导体 超晶格的概念，张立纲和江崎等在实验中实 现了量子阱和超晶格，观察到了极其丰富的 物理效应。
四、光学应用
天然：
•天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿
•蜜蜂：蜜蜂的体内存在磁性的纳米粒子， 具有“罗盘”的导航作用，并利用这种 “罗盘”来确定其周围环境在自己头脑里 的图像而判明方向。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.5 纳米结构和纳米材料的应用
一、纳米结构的应用 1、量子磁盘与高密度磁存储 2、高密度记忆存储元件 3、高效能量转化纳米结构 (1) 高效再生锂电池： (2)太阳能电池： (3)热电转化
纳米材料——凝聚态物理 纳米材料——半导体材料 纳米材料——化学 纳米材料——复合材料 纳米材料——医学药物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.4 纳米材料在高科技中的地位
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1963年，Uyeda及其合作者用气体冷凝法， 对单个的金属超微颗粒的形貌和晶体结构进 行了透射电子显微镜研究。
1970年，江崎与朱兆祥首先提出了半导体 超晶格的概念，张立纲和江崎等在实验中实 现了量子阱和超晶格，观察到了极其丰富的 物理效应。
四、光学应用
《量子点和自组装》课件
型功能材料的开发提供理论指导。
此外，量子点与自组装的结合还可以为纳米科技领域 的发展提供新的思路和方法，推动相关领域的技术进
步和应用拓展。
04 量点自组装的研究进展
实验研究进展
实验技术发展
随着实验技术的不断进步，研究 者们能够更精确地控制量子点的 形成和排列，为量子点自组装的
研究提供了有力支持。
量子点自组装在能源转换与存储中的应用
通过量子点自组装形成的结构在太阳能电池、燃料电池等能源转换与存储领域展现出良好 的应用前景。
量子点自组装在生物医学中的应用
量子点自组装在荧光标记、生物成像、药物传递等方面展现出独特的优势，为生物医学领 域的发展提供了新的工具和方法。
05 未来展望
量子点自组装的发展趋势
量子点可以作为自组装体系的模板或导向剂，调控其他组分的自组装过程，实现功 能复合材料的制备。
自组装在量子点制备中的应用
自组装技术可以提供具有特定 结构和性质的基底，为量子点 的形核和生长提供良好的环境 。
通过控制自组装基底的组成、 结构和形貌，可以调控量子点 的形貌、尺寸和分布，实现量 子点的可控制备。
量子点的发展历程
总结词
量子点的发展经历了从实验室研究到实际应用的转变，目前已经成为一个快速发 展的研究领域。
详细描述
自20世纪80年代初发现量子点以来，研究者们不断探索其性质和应用。随着制备 方法的改进和性能的提高，量子点在各个领域的应用逐渐得到实现。如今，量子 点已经成为一个全球范围内研究的热点领域，其发展前景广阔。
03
能量最低原理
自组装过程中，系统会自 发地降低能量，趋向于更 稳定的状态。
熵增原理
自组装过程通常伴随着熵 的增加，即系统趋向于更 无序、更混乱的状态。
此外，量子点与自组装的结合还可以为纳米科技领域 的发展提供新的思路和方法，推动相关领域的技术进
步和应用拓展。
04 量点自组装的研究进展
实验研究进展
实验技术发展
随着实验技术的不断进步，研究 者们能够更精确地控制量子点的 形成和排列，为量子点自组装的
研究提供了有力支持。
量子点自组装在能源转换与存储中的应用
通过量子点自组装形成的结构在太阳能电池、燃料电池等能源转换与存储领域展现出良好 的应用前景。
量子点自组装在生物医学中的应用
量子点自组装在荧光标记、生物成像、药物传递等方面展现出独特的优势，为生物医学领 域的发展提供了新的工具和方法。
05 未来展望
量子点自组装的发展趋势
量子点可以作为自组装体系的模板或导向剂，调控其他组分的自组装过程，实现功 能复合材料的制备。
自组装在量子点制备中的应用
自组装技术可以提供具有特定 结构和性质的基底，为量子点 的形核和生长提供良好的环境 。
通过控制自组装基底的组成、 结构和形貌，可以调控量子点 的形貌、尺寸和分布，实现量 子点的可控制备。
量子点的发展历程
总结词
量子点的发展经历了从实验室研究到实际应用的转变，目前已经成为一个快速发 展的研究领域。
详细描述
自20世纪80年代初发现量子点以来，研究者们不断探索其性质和应用。随着制备 方法的改进和性能的提高，量子点在各个领域的应用逐渐得到实现。如今，量子 点已经成为一个全球范围内研究的热点领域，其发展前景广阔。
03
能量最低原理
自组装过程中，系统会自 发地降低能量，趋向于更 稳定的状态。
熵增原理
自组装过程通常伴随着熵 的增加，即系统趋向于更 无序、更混乱的状态。
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
纳米技术ppt课件
在第四个阶段中纳米计算机将得以实现。这个阶段的市场规模将 达到2000亿至1万亿美元。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化 的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
.
5. 纳米技术的主要研究项目
主要有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和 量子点线等。
1) 超细薄膜
超细薄膜的厚度通常只有1纳米-5纳米，甚至会做成1个分 子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物， 具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制 造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄 膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜， 是制造高密度磁盘的基本材料。
.
3) 陶瓷材料 陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的 韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的 柔韧性和可加工性。
.
纳米技术的内容
纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性 能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子， 也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺 度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
.
2) 碳纳米管
碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米 的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比， 碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导 体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子 电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景， 因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究 阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。
在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化 的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。
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5. 纳米技术的主要研究项目
主要有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和 量子点线等。
1) 超细薄膜
超细薄膜的厚度通常只有1纳米-5纳米，甚至会做成1个分 子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物， 具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制 造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄 膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜， 是制造高密度磁盘的基本材料。
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3) 陶瓷材料 陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但
由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的 韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的 柔韧性和可加工性。
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纳米技术的内容
纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性 能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子， 也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺 度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
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2) 碳纳米管
碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米 的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比， 碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导 体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子 电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景， 因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究 阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。
《碳量子点简介》课件
碳量子点的发现与历史
总结词
碳量子点的发现可以追溯到20世纪80年代，经过多年的研究和发展，已经成为一 种备受关注的新型材料。
详细描述
碳量子点的发现可以追溯到20世纪80年代，当时科学家们开始研究富勒烯和碳纳 米管等碳基纳米材料。随着研究的深入，人们发现碳量子点具有许多独特的性质 和应用潜力，因此开始对其进行广泛的研究和开发。
碳量子点在各领域的应用
总结词
碳量子点在许多领域都有广泛的应用，包括光电、生物医学、能源和环境等。
详细描述
碳量子点在光电领域中用作荧光标记和发光器件的原料；在生物医学领域中用作药物载体和荧光成像剂；在能源 领域中用作电极材料和太阳能电池的光吸收剂；在环境领域中用作重金属离子和有机污染物的检测和去除剂。
《碳量子点简介》ppt课件
目录
• 碳量子点概述 • 碳量子点的制备方法 • 碳量子点的性质与表征 • 碳量子点在各领域的应用研究 • 碳量子点面临的挑战与前景展望
01
碳量子点概述
定义与特性
总结词
碳量子点是一种新型的纳米材料，具有独特的物理和化学特性。
详细描述
碳量子点是由碳元素构成的纳米尺寸（通常小于10纳米）的点状材料。它们具 有优异的稳定性、生物相容性和光物理性质，使其在许多领域具有广泛的应用 前景。
碳量子点可以用于制造光学器件，如光调制器、光开关等 。
05
碳量子点面临的挑战与前景展望
碳量子点稳定性问题
总结词
碳量子点的稳定性是限制其应用的关键因素之一，需要解决其氧化、水解和光降解等问 题。
详细描述
碳量子点是由碳元素构成的零维纳米材料，具有优异的荧光性能和良好的生物相容性， 在生物成像、药物输送、光电器件等领域具有广阔的应用前景。然而，碳量子点在空气 中易被氧化，在水溶液中易发生水解，导致其荧光性能退化，限制了其实际应用。因此
量子点PPT演示课件
量子点概述 量子点材料的应用 量子点研究现状
目录
量子点概述
量子点(Quantum Dot，QD)是准零维的材料，又可 称为纳米晶，一般是由II－VI族（如CdS、CdSe、 CdTe、ZnSe）或III－V族（如GaN、InAs）元素 组成的半导体纳米颗粒，也可以是两种以上元素 组成的混合纳米晶，尺寸大约在2-10nm。由于材 料在三维空间被限制到极小的临界尺寸，看起来 像一个点，故称之为量子点。
成与研究，通过固相合成、单源先驱分解、热注
射、热解酸法以及溶剂热的方法已经获得了较高 质量的I-III-VI三元半导体纳米晶。
由于量子点三个维度的尺寸都很小，材料具有显 著的量子效应，结构和性质也随之发生从宏观到 微观的转变。
量子点材料主要有以下特征：量子限域效应、表 面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、库 伦阻塞效应
由于对量子点的光学性质影响较大的是量子限域 效应和表面效应，故作简要介绍。
量子限域效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的 电子能级由连续态分裂成分立能级，
且粒子尺寸越小，能级间距越大。
表面效应
量子点极大的比表面积导致表面原子周围缺少相 邻的原子，从而产生大量缺陷能级，一般在半导 体带隙之间。
量子限域效应示意图
量子点特殊的能带结构决定了其特殊的光学性质。
量子限域效应导致量子点中易形成较长寿命的激 子态，而激子复合发光光谱线宽很窄，单色性好。
表面效应产生的缺陷能级比激子态更易捕获电子 并发光，但单色性较差，故在制作量子点发光元 件时应尽量消除。
量子点材料的应用
由于量子点具有独特的电子和发光性质，如激发 光谱宽且连续，发射光谱窄且对称，荧光波长可 通过改变量子点大小或成分进行调节，量子产率 较高，斯托克斯位移较大等性质，在发光二极管、 生物标记和激光等领域已成为大家关注的焦点。 下面对量子点在发光二极管方面的应用做简要介 绍。
目录
量子点概述
量子点(Quantum Dot，QD)是准零维的材料，又可 称为纳米晶，一般是由II－VI族（如CdS、CdSe、 CdTe、ZnSe）或III－V族（如GaN、InAs）元素 组成的半导体纳米颗粒，也可以是两种以上元素 组成的混合纳米晶，尺寸大约在2-10nm。由于材 料在三维空间被限制到极小的临界尺寸，看起来 像一个点，故称之为量子点。
成与研究，通过固相合成、单源先驱分解、热注
射、热解酸法以及溶剂热的方法已经获得了较高 质量的I-III-VI三元半导体纳米晶。
由于量子点三个维度的尺寸都很小，材料具有显 著的量子效应，结构和性质也随之发生从宏观到 微观的转变。
量子点材料主要有以下特征：量子限域效应、表 面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、库 伦阻塞效应
由于对量子点的光学性质影响较大的是量子限域 效应和表面效应，故作简要介绍。
量子限域效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的 电子能级由连续态分裂成分立能级，
且粒子尺寸越小，能级间距越大。
表面效应
量子点极大的比表面积导致表面原子周围缺少相 邻的原子，从而产生大量缺陷能级，一般在半导 体带隙之间。
量子限域效应示意图
量子点特殊的能带结构决定了其特殊的光学性质。
量子限域效应导致量子点中易形成较长寿命的激 子态，而激子复合发光光谱线宽很窄，单色性好。
表面效应产生的缺陷能级比激子态更易捕获电子 并发光，但单色性较差，故在制作量子点发光元 件时应尽量消除。
量子点材料的应用
由于量子点具有独特的电子和发光性质，如激发 光谱宽且连续，发射光谱窄且对称，荧光波长可 通过改变量子点大小或成分进行调节，量子产率 较高，斯托克斯位移较大等性质，在发光二极管、 生物标记和激光等领域已成为大家关注的焦点。 下面对量子点在发光二极管方面的应用做简要介 绍。
纳米材料量子点
图5 PbS量子点溶解于氯仿中(5.2 ± 0.2 nm)和水中(5.6 ± 0.9 nm and 2.7 ± 0.4 nm)的尺寸分布（b）PbS/CdS溶解于氯仿中(5.0 ± 0.3 nm)和水中(5.0 ± 0.3 nm)
的尺寸分布
主要内容
量子点在生命科学中的应用
用量子点来监测细胞内部或细胞表面的蛋白质； 替代荧光染料，用于细胞器定位、信号转导等； 将量子点用于生物芯片中。
目的
更高的荧光量子产率，更好的光稳定性和耐热性
方法
在量子点表面包裹上一层合适的无机材料壳层
壳核量子点的光学特性
荧光效率有了明显的提高
Jeffrey M合成了不同壳层厚度的PbS/CdS量子点，证明了核壳结构 可以增强量子点的荧光强度。
图1. 2 PbS量子点荧光光谱强度随包裹壳层CdS时间变化，箭头指示量子点包裹壳层时间 的增加。
然 后 注 重 细 节。那 时
量子点表面效应
较大的比表面积（表面原子数与量子点总原子数之比）
量子点尺寸越小
比表面积越大
表面存在缺陷
不稳定
量子点宏观量子隧道效应
电子在纳米尺度空间中运动，物理线度与电子自由程相 当，载流子的输运过程将有明显电子的波动性，出现量 子隧道效应．
量子点尺寸效应
当半导体粒子尺寸与其激子波尔半径相近时，随着粒子尺寸的 减小，半导体材料粒子的有效带隙增加，其相应的吸收光谱和荧光光 谱发生蓝移。 Haifeng Bao等研究了CdTe量子点的荧光谱和吸收谱随合成时间的增 加的变化规律
量子点
主要内容
主要内容
纳米材料（Nanometer material）
纳米材料学等概念于1990年在第一届纳米科技会议被正 式提出。
量子点技术
目 录
01
简介 原理
02
03
应用
Quantum Dot LED
What is Quantum Dot ?
What is Quantum Dot ?
What is in Quantum Dot ?
• Nanocrystals • 2-10 nm diameter • Semiconductors
QLED发光原理
量子点具有发光特性，量子点薄膜 (QDEF)中的量子点在蓝色LED背光照射
下生成红光和绿光，并同其余透过薄膜的蓝光一起混合得到白光，从而提升 整个背光系统的发光效果。 量子点QLED显示技术与众不同的特性，每当受到光或电的刺激，量子点便 会发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，量子点
右)和较长的工作寿命。
结构特点
因体积小，让内部电子在各方向上的运动受到限制，所以量子限域效应特别 显著，也让它能发出特定颜色的荧光。其发出的光线颜色由量子点的组成材 料和大小、形状所决定。由于发光波长范围极窄，颜色非常纯粹，所以画面 更加明亮。
当受到电或者光（诸如LED产生的光）的刺激后，量子点中的电子吸收了光 子的能量，从稳定的低能级跃迁到不稳定的高能级，而在稳定恢复时将能量 以特定波长的光子放出。
纯色OLED需要彩色过滤器才能产生，而QLED天生就能产生各种不同纯色，因此能效更高， 制造成本更低。在同等画质下，QLED的节能性有望达到OLED的2倍，发光率将提升30% 至40%。
量子点的应用一：量子点电视
1.由于量子点的鲜明特征是，既可使用单色光激发出多种不同颜色，也可以使用多种颜 色的光激发产生特定颜色的纯色荧光。 2.QLED显示技术能够增强LED白色光强度，并且一旦用蓝色LED点亮会激发出全频谱光的 能力，它能以更有效的方法去点亮LCD显示的像素。
01
简介 原理
02
03
应用
Quantum Dot LED
What is Quantum Dot ?
What is Quantum Dot ?
What is in Quantum Dot ?
• Nanocrystals • 2-10 nm diameter • Semiconductors
QLED发光原理
量子点具有发光特性，量子点薄膜 (QDEF)中的量子点在蓝色LED背光照射
下生成红光和绿光，并同其余透过薄膜的蓝光一起混合得到白光，从而提升 整个背光系统的发光效果。 量子点QLED显示技术与众不同的特性，每当受到光或电的刺激，量子点便 会发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，量子点
右)和较长的工作寿命。
结构特点
因体积小，让内部电子在各方向上的运动受到限制，所以量子限域效应特别 显著，也让它能发出特定颜色的荧光。其发出的光线颜色由量子点的组成材 料和大小、形状所决定。由于发光波长范围极窄，颜色非常纯粹，所以画面 更加明亮。
当受到电或者光（诸如LED产生的光）的刺激后，量子点中的电子吸收了光 子的能量，从稳定的低能级跃迁到不稳定的高能级，而在稳定恢复时将能量 以特定波长的光子放出。
纯色OLED需要彩色过滤器才能产生，而QLED天生就能产生各种不同纯色，因此能效更高， 制造成本更低。在同等画质下，QLED的节能性有望达到OLED的2倍，发光率将提升30% 至40%。
量子点的应用一：量子点电视
1.由于量子点的鲜明特征是，既可使用单色光激发出多种不同颜色，也可以使用多种颜 色的光激发产生特定颜色的纯色荧光。 2.QLED显示技术能够增强LED白色光强度，并且一旦用蓝色LED点亮会激发出全频谱光的 能力，它能以更有效的方法去点亮LCD显示的像素。
纳米科技概论-第四章量子点讲义
(2) 如何增加量子点的面密度和体密度，尽可能提高 量子点材料的增益；
(3) 如何优化量子点激光器的结构设计，使其有利于 量子点对载流子的俘获和束缚；
(4) 如何通过控制量子点的尺寸或者选择 新的材料体系，拓宽量子点激光器的激 射波长工作范围，争取覆盖WDM网络中 的1.4-1.6μm波段。
量子点的应用
什么是量子点？
由此可见，并非小到100nm以下的材料 就是量子点，真正的关键尺寸是由电 子的德布罗意波长或平均自由程。 一般而言，电子费米波长在半导体内 较在金属内长得多，例如在半导体材 料砷化镓 GaAs中，费米波长约 40nm， 在铝金属中却只有0.36nm。
量子点分类
• II-VI族： CdSe,CdTe,ZnS,MgSe等 • III-V族：InAs； • IV-IV族：SiC,SiGe； • IV族：Si,Ge； • IV-VI族：PbSe； • • 单量子点：Au,Gu等
第四章 人造原子-量子点
（Artificial Atom—Quantum Dot）
量子点Quantum
Dots (QDs) 半导体纳米晶体（Luminescence Semiconductor nanocrystals）
什么是量子点？
量子点是准零维的纳米材料，由少量 的原子所构成。粗略的说，量子点的三个 维度的尺寸都在 100 纳米以下，外观恰似 一极小的点状物，其内部电子在各方向上 的运动都受到局限，所以量子限域效应特 别显著。由于量子局限效应会导致类似原 子的不连续电子能级结构，因此量子点又 被称为“人造原子”。 科学家已经发明许多不同的方法来制造 量子点，并预期这种纳米材料在21世纪的 纳米电子学上有极大的应用潜力。
量子点在生物上的应用
纳米材料演讲PPT课件
详细描述
在某些纳米材料中，电子具有穿越势垒的能力，使得材料在 某些物理和化学过程中表现出独特的性质，如氧化还原反应 、光催化等。
03
纳米材料的分类
零维纳米材料
总结词
指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料。
详细描述
零维纳米材料是指那些在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料， 如纳米颗粒、纳米球等。这些材料通常是通过化学合成或物理制备方法获得，具 有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于能源、环境、医疗等领域。
VS
生物成像与检测
纳米材料可用于生物成像和检测，如荧光 纳米颗粒可用于标记和追踪细胞。
环境治理
污染物吸附与降解
纳米材料具有较大的比表面积和活性，可以 用于吸附和降解水体和空气中的污染物。
环境监测与修复
纳米材料可用于环境监测和修复，如检测水 体中的有害物质和土壤中的重金属。
能源领域
太阳能电池
纳米材料可以提高太阳能电池的效率，如纳 米结构的光吸收层可以增强光吸收。
纳米技术的滥用可能对人类社会造成潜在威胁，需要制定相应的伦理规范和监管措施。
06
结论
纳米材料的重要性和影响
纳米材料在科技、医疗、能源、环保等领域具有广泛的应用前景，对现代社会的发 展具有重要意义。
纳米材料具有独特的物理、化学和机械性能，能够满足许多特定领域的需求，为科 技进步提供新的可能性。
纳米材料在医疗领域的应用，如药物传递、肿瘤治疗等，为疾病诊断和治疗提供了 新的手段，有助于提高人类健康水平。
量子尺寸效应
总结词
纳米材料尺寸减小至一定程度时，电子能级由连续态变为离散态，导致材料的 光学、电学等性质发生变化。
详细描述
当纳米材料尺寸减小至量子点或量子线时，电子能级发生分裂，导致吸收光谱 发生红移或蓝移，对光电器件的性能产生影响。
在某些纳米材料中，电子具有穿越势垒的能力，使得材料在 某些物理和化学过程中表现出独特的性质，如氧化还原反应 、光催化等。
03
纳米材料的分类
零维纳米材料
总结词
指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料。
详细描述
零维纳米材料是指那些在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料， 如纳米颗粒、纳米球等。这些材料通常是通过化学合成或物理制备方法获得，具 有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于能源、环境、医疗等领域。
VS
生物成像与检测
纳米材料可用于生物成像和检测，如荧光 纳米颗粒可用于标记和追踪细胞。
环境治理
污染物吸附与降解
纳米材料具有较大的比表面积和活性，可以 用于吸附和降解水体和空气中的污染物。
环境监测与修复
纳米材料可用于环境监测和修复，如检测水 体中的有害物质和土壤中的重金属。
能源领域
太阳能电池
纳米材料可以提高太阳能电池的效率，如纳 米结构的光吸收层可以增强光吸收。
纳米技术的滥用可能对人类社会造成潜在威胁，需要制定相应的伦理规范和监管措施。
06
结论
纳米材料的重要性和影响
纳米材料在科技、医疗、能源、环保等领域具有广泛的应用前景，对现代社会的发 展具有重要意义。
纳米材料具有独特的物理、化学和机械性能，能够满足许多特定领域的需求，为科 技进步提供新的可能性。
纳米材料在医疗领域的应用，如药物传递、肿瘤治疗等，为疾病诊断和治疗提供了 新的手段，有助于提高人类健康水平。
量子尺寸效应
总结词
纳米材料尺寸减小至一定程度时，电子能级由连续态变为离散态，导致材料的 光学、电学等性质发生变化。
详细描述
当纳米材料尺寸减小至量子点或量子线时，电子能级发生分裂，导致吸收光谱 发生红移或蓝移，对光电器件的性能产生影响。
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。
微反应法连续合成CdS量子点、纳米Ag和AuAg合金颗粒ppt课件
英国伦敦皇家学院的Mello等人利用芯片反响器合成了 CdS量子点
华东理工大学栾伟玲实验小组杨洪伟博士用两温法，经 过PTFE毛细管(300μm)合成了性能优良的CdSe纳米晶
尝试在模块化的微反响系统中合成 CdS量子点、纳米Ag以及AuAg合 金颗粒
研讨内容
微反响系统的搭建与优化
微混合模块性能的调查
11nm烧瓶法]
吸收峰波长以及吸收半峰半宽
低流速 (50cm)
不同混合模块对比
50cm管径对应低流速下，级联混合模块效果更优 (a)级联模块(b)梳形模块
吸收峰波长以及吸收半峰半宽
合成CdS量子点的XRD、TEM表征
❖ 合成条件 ❖ T:240℃ t:120s 梳形混合模块
立方晶相
微系统合成CdS的高效性。对于其他资料合成体系的适用性？
量子点
❖ 量子点
❖ 光电子元件〔LED等〕
❖ 量子点激光器 ❖ 生物标志 ❖ 太阳能电池
过程不延续 反响周期长 环境不均一
烧瓶法
微反响法
合成 方法
1982年 2019年 2019年
微反响合成法开展历程
瑞典斯德哥尔摩外表化学研讨所的Boutonnet 等首先在 微反响器中制备了可用于生物杀菌和催化的Pt、Pd、Re、 Ir等金属团簇
展望
❖ 搭建微换热反响模块系统，实现微反响系统整体模块化
❖ 进一步经过TEM观测纳米Ag颗粒在微反响生长中的形貌 变化
❖ 提高纳米AuAg合金颗粒的合成性能，制备样品并测试其 CO氧化转变曲线
发表文章和获奖情况
❖ 专利 ❖ 栾伟玲，杨洪伟，万真，付红红，刘鹏，周鑫，尹程程，涂善东. 一
种快速合成硒化镉量子点的安装及其方法. 恳求号: 202110052589.9. (发明) ❖ 论文 ❖ 刘鹏，栾伟玲，杨洪伟. 微混合模块合成CdS量子点方法研讨[J]. 纳 米科技, DOI ❖ 奖励 ❖ 2019 “全国大学生过程配备设计与创新大赛〞 优胜奖； ❖ 2021 华东理工大学机械与动力工程学院“研讨生论文年会〞 三等奖； ❖ 华东理工大学“第八届奋进杯〞竞赛； ❖ 第十一届“上海市大学生课外学术科技作品竞赛〞 一等奖； ❖ 第十一届“‘挑战杯’全国大学生系列科技学术竞赛〞 二等奖； ❖ 华东理工大学“大学生科技创新先进个人〞
华东理工大学栾伟玲实验小组杨洪伟博士用两温法，经 过PTFE毛细管(300μm)合成了性能优良的CdSe纳米晶
尝试在模块化的微反响系统中合成 CdS量子点、纳米Ag以及AuAg合 金颗粒
研讨内容
微反响系统的搭建与优化
微混合模块性能的调查
11nm烧瓶法]
吸收峰波长以及吸收半峰半宽
低流速 (50cm)
不同混合模块对比
50cm管径对应低流速下，级联混合模块效果更优 (a)级联模块(b)梳形模块
吸收峰波长以及吸收半峰半宽
合成CdS量子点的XRD、TEM表征
❖ 合成条件 ❖ T:240℃ t:120s 梳形混合模块
立方晶相
微系统合成CdS的高效性。对于其他资料合成体系的适用性？
量子点
❖ 量子点
❖ 光电子元件〔LED等〕
❖ 量子点激光器 ❖ 生物标志 ❖ 太阳能电池
过程不延续 反响周期长 环境不均一
烧瓶法
微反响法
合成 方法
1982年 2019年 2019年
微反响合成法开展历程
瑞典斯德哥尔摩外表化学研讨所的Boutonnet 等首先在 微反响器中制备了可用于生物杀菌和催化的Pt、Pd、Re、 Ir等金属团簇
展望
❖ 搭建微换热反响模块系统，实现微反响系统整体模块化
❖ 进一步经过TEM观测纳米Ag颗粒在微反响生长中的形貌 变化
❖ 提高纳米AuAg合金颗粒的合成性能，制备样品并测试其 CO氧化转变曲线
发表文章和获奖情况
❖ 专利 ❖ 栾伟玲，杨洪伟，万真，付红红，刘鹏，周鑫，尹程程，涂善东. 一
种快速合成硒化镉量子点的安装及其方法. 恳求号: 202110052589.9. (发明) ❖ 论文 ❖ 刘鹏，栾伟玲，杨洪伟. 微混合模块合成CdS量子点方法研讨[J]. 纳 米科技, DOI ❖ 奖励 ❖ 2019 “全国大学生过程配备设计与创新大赛〞 优胜奖； ❖ 2021 华东理工大学机械与动力工程学院“研讨生论文年会〞 三等奖； ❖ 华东理工大学“第八届奋进杯〞竞赛； ❖ 第十一届“上海市大学生课外学术科技作品竞赛〞 一等奖； ❖ 第十一届“‘挑战杯’全国大学生系列科技学术竞赛〞 二等奖； ❖ 华东理工大学“大学生科技创新先进个人〞
量子点材料ppt课件
由于制备温度的提高，使得量子点成核和 生长所需的时间明显缩短，制备得到的量 子点表面缺陷也显著减少，表现为量子点 的荧光量子效率有较大提高。
29
4.微波辐射法
微波辐射法具有以下优点： 升温速度快 温度梯度小 选择性加热等 微波合成反应时间极短 量子点尺寸更均匀 量子产率更高 微波法制备水溶性量子点有不可取代的地位
48
环境科学方面的应用 利用不同物质包被的PbS量子点，开发不同离子和 气体传感器广泛应用于检测环境有毒物质和内分泌 干扰素的毒性，衡量环境污染物对人和动物和植物 的影响，进行环境污染物定性定量分析方面研究， 为环境监测提供新的方法和技术
49
谢谢大家
50
很多原料都需要在标准的无氧无水下进行 操作
实验操作所需的氩气流动下的手套箱，是 一笔不菲的开支
高纯度的原料要求也不是一般的厂家所能 生产的
22
需要用的金属化合物前驱体（如二甲基镉 Cd(CH3)2） 具有相当大的毒性和自燃性，价格昂贵， 在室温下不稳定，需要高压储存，反应时 在注入时会爆炸性地释放出大量气体和热。
6
7
量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度 比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍， 它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因 此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察， 这也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提 供了有力的工具。
8
量子点具有宽的激发光谱和窄的发射光谱。使用 同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行 同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了 荧光标记在中的应用。此外，量子点具有窄而对 称的荧光发射峰，且无拖尾，多色量子点同时使 用时不容易出现光谱交叠。
实验操作简单,在整个过程中不需要氮气保 护,而且具有普适性,
29
4.微波辐射法
微波辐射法具有以下优点： 升温速度快 温度梯度小 选择性加热等 微波合成反应时间极短 量子点尺寸更均匀 量子产率更高 微波法制备水溶性量子点有不可取代的地位
48
环境科学方面的应用 利用不同物质包被的PbS量子点，开发不同离子和 气体传感器广泛应用于检测环境有毒物质和内分泌 干扰素的毒性，衡量环境污染物对人和动物和植物 的影响，进行环境污染物定性定量分析方面研究， 为环境监测提供新的方法和技术
49
谢谢大家
50
很多原料都需要在标准的无氧无水下进行 操作
实验操作所需的氩气流动下的手套箱，是 一笔不菲的开支
高纯度的原料要求也不是一般的厂家所能 生产的
22
需要用的金属化合物前驱体（如二甲基镉 Cd(CH3)2） 具有相当大的毒性和自燃性，价格昂贵， 在室温下不稳定，需要高压储存，反应时 在注入时会爆炸性地释放出大量气体和热。
6
7
量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度 比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍， 它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因 此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察， 这也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提 供了有力的工具。
8
量子点具有宽的激发光谱和窄的发射光谱。使用 同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行 同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了 荧光标记在中的应用。此外，量子点具有窄而对 称的荧光发射峰，且无拖尾，多色量子点同时使 用时不容易出现光谱交叠。
实验操作简单,在整个过程中不需要氮气保 护,而且具有普适性,
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早期的化学合成方法: 微乳液法
(胶体)化学合成方法: 油相高温热解
惰性气体保护
Murray, Norris & Bawendi JACS, 115(29), 8706, 1993 文献引用2000多次
CdSe
TOPO
TOP/TOPO
Cd 前驱物 TOP-Se
TOPO is both coordinating ligand and reaction solvent, however, only 90% pure technical grade reagent works
The size-dependent phonon frequency of semiconductor nanocrystals L.H. Liang, C.M. Shen, X.P. Chen, W.M. Liu, and H.J. Gao J. Phys.: Condensed Matter 16，267, 2004
需要控制: 尺寸,形状,密度分布
2.胶体化学方法合成 Colloidal quantum dot Semiconductor Nanocrystals
3.微加工方法
学科背景：工业发展需要深入研究纳米尺寸半导体的性质
Willamette 芯片内 部结构
属于Pentium 4家 族，256KB二级缓 存，FSB 400MHz， 0.18微米生产工 艺，集成4200万个 晶体管，核心面积 217平方毫米，使用 铝连接晶体管。
Wide absorption Narrow emission
同时观察多信号细胞组分
Science, 1998
Five-colour QD staining of fixed human epithelial cells. Cyan corresponds to 655-nm Qdots labelling the nucleus, magenta 605-Qdots labelling Ki-67 protein, orange 525-Qdots labelling mitochondria, green 565-Qdots labelling microtubules and red 705Qdots labelling actin filaments.
分离纯化采用多级离心方法
大颗粒首先沉淀
Size-selective precipitation
核壳结构的发展
Hines and Guyot-Sionnest, J. Phys. Chem, 1996 Quantum yield increases to 85%
常见壳材料
ZnS CdS ZnSe
2006 国际研讨会:
QD2006(4th International Conference on Quantum Dots), May, 2006, France Quantum Dots 2006, October 4-6, San Francisco, USA
2006 APS March Meeting Sessions:
学科背景：团簇化学与超分子化学的发展
液晶,树状大分子, 分子筛等
人工合成手段越来越丰富,产物越来越复杂
量子点是全新的一种大分子
对量子点的研究可 以帮助理解物质性 质从原子、团簇到 块体的演变
物理基础：物质的许多性质取决于物质中活泼电子 的状态
分子的化学活性 (氧化还原能力、络合性、 反应选择性等)
闪烁”Blinking”现象的机理: Photoionization and Re-neutralization
Dark State: Ionized Nanocrystal with hole inside Bright State: Neutral Nanocrystal
CdSe/ZnS Charge Blinking on Graphite
欧洲: Nanoco Technologies, UK()
国内: 广州明美科技有限公司() 武汉珈源量子点技术开发公司() 产品包括油溶性CdSe/ZnS量子点、带羧基功能团的水溶性量子点、 量子点标记链霉亲和素、量子点标记一抗、二抗、DNA探针等。具 体规格有100μL、200μL、500μL三种，并可根据需要提供量子点 与特定蛋白的偶联物。
Band Gap (eV) 3.6 2.6 2.72
Lattice mismatch
10.6% 3.9% 6.3%
CdSe: 1.76 eV
共价性越来越强 带隙变大
单分散性控制:成核与生长阶段的分离
Murray, Kagan and Bawendi, Annu. Rev. Mater. Sci. 2000. 30:545
阻碍本产业发展的主要问题:
1.光学性质不稳定，存在发射态和非发射态间的闪烁 （blinking）现象。给定量分析带来了困难。 2.制备和生物分子偶联缺乏统一和标准的工艺，缺乏标准 样品,实验结果之间无法进行比较。 3.重金属纳米粒子的生物安全性尚未完全解决.
荧光强度随时间的变化 Nirmal, et al, Nature, 1996
Z19. Focus Session: Spin Dynamics in Quantum Dots K35. Electronic Properties and the Kondo Effect in Quantum Dots
量子点的分类
1.分子束外延得到的自组织量子点
形成原因: 晶格匹配与应力释放
Nanomaterials and Nanofabrication Labs Arkansas, USA ,
Evident Corporation New York, USA
Bringing Quantum Dot Products to Market
系统处于临界温度之 上，没有凝聚相产生
“A bright idea for displays”, Nature, August 28, 2006
量子点的应用之三：太阳能电池
Rich Smalley’s vision
现有太阳能电池的问题是效率 和成本 太阳照到地球上的能量是全球 能耗的一万倍
量子点粒子的优势:
1. 带隙随粒子尺寸可调
2. 吸收系数(截面)大
e-
ε1
ε2
h+
各种理论修正
1.未考虑纳米粒子表面重构、极化和缺陷; 2.能带随粒子尺寸的变化 3.介电常数随粒子尺寸的变化
4.空穴波函数的简并(来自Se的p轨道) 夏建白等
Pseudopotential calculations of nanoscale CdSe quantum dots L. Wang and A. Zunger PRB 1996
Peng Xiaogang 等人的一系列改进
Cd 前体 溶剂 配体
形貌控制(球、棒、线等)：动力学因素
1. 生长速度足够快 2. 控制不同晶面的 被保护程度,即生长
速度
TOPO + hexylphosphonic acid
更为复杂的结构
水溶性和生物相容性
量子点的应用之一：生物标记和疾病检测
量子点的许多性质与尺寸相关:
不同直径的硒化镉纳米晶颜色不同
与金属纳米粒子颜色的比较
尺寸相关的电学性质: 电导与静电性质
其它的尺寸相关的性质举例
Size-dependent surface phonon mode of CdSe quantum dots Phys. Rev. B 59, 7285, 1999 size-dependent blueshift and broadening are caused by lattice contraction and boundary relaxation, respectively.
光学稳定性
光学稳定性比传统有机染料提高100-1000倍
关于量子点生物应用的论文数量 快速增加 Biomaterials, 27, 1679, 2006
正在形成的量子点产业
国外生产厂家(美国):
Quantum Dots(已并入Molecular Probes) California, USA (now )
• Illuminated with 20 W/cm2 at 442 nm • Direct observation of Charge Blinking provides evidence for photoionization mechanism of Luminescence Blinking
纳米粒子自组装过程中的热力学和动力学
溶剂
空气
影响因素：
1. 粒子间相互吸引力 2. 粒子/溶剂之间相互作用； 3. 溶剂分子的挥发 4. 粒子在表面的扩散…….
50 nrd-Jones 粒子相 互作用随距离的曲线
溶剂存在时纳米粒子相互吸引很弱，不发生聚集
液体池AFM
纳米材料存在表面效应和 量子效应 室温下呈现量子效应要求 能级分裂大于26meV:
Bohr Radius of exciton: CdSe: 4.9nm Si: 7nm
如何近似处理量子点中电子和空穴的能级问题?
Quantum Confinement: Brus, J. Chem Phys. 1984 1. 有效质量近似 2. 电子-空穴间库仑吸引 3. Dielectric Solvation
Nano Letters, 2006
开展此研究的机构:
Los Alamos National Lab HP 三星 Evident (funding from NS state Energy R& D) QD vision Inc.
Prototype quantum dot display emits extremely pure colors and could eventually be scaled up to compete with conventional screens