量子点:玻璃上的梦幻微光

□ 韩鲁佳

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2025-03-14 09:53

在科学探索进程中,新发现如同星辰照亮未知。近期,国防科技大学胡以华教授团队成功研制出一种新型核壳异质结构量子点。新型量子点通过电子注入与表面等离激元效应,实现荧光增强94.06倍、量子产率提高32.40倍。相关成果近日发表于国际期刊《先进材料》(Advanced Materials),有力推动了量子点领域发展。

量子点,这个听起来像数学概念的名词,实际上是纳米尺度的晶体,小到只有几纳米,相当于头发丝的万分之一。它们是迄今为止人类能制造的最小的纳米材料。如果拿它跟足球作比较,就相当于足球跟地球作比较。

在纳米尺度下,世界是五彩斑斓的。曾经呈现单一金色的耳环和戒指,此时却如同被赋予了魔法一般,闪耀着蓝、红光芒。这并非幻想,而是量子点带给我们的奇妙现实。

2023年的诺贝尔化学奖授予了阿列克谢·叶基莫夫、路易斯·布鲁斯和蒙吉·巴文迪,以表彰他们对量子点的发现和合成。

量子点的神奇之处在于,它们像光的魔法师一样,通过改变尺寸大小就能精确控制发光的颜色,且无须改变化学成分。这就像两个大小不同的铃铛。当大的被撞击时,会产生低能量声波;而小的,则会产生高能量声波。同样,在受到外界激发后,尺寸较大的量子点发红光。以此类推,发蓝光的量子点最小,颗粒直径仅为2纳米。

至于量子点的起源,还要从一块彩色玻璃说起。中世纪的玻璃工匠们早已掌握了制造彩色玻璃的技艺,但他们可能未曾意识到,这些玻璃实际上是量子点魔法的早期体现。

20世纪80年代,叶基莫夫在研究这些玻璃时,意外发现了其中的奥秘:玻璃中含有微小的氯化铜纳米颗粒,它们的大小决定了玻璃的颜色。这就像是在玻璃中发现了一个小小的彩虹工厂,每个量子点都是一个调色盘。

两年后,布鲁斯也制备出了硫化镉量子点。到了1993年,巴文迪则实现了量子点的批量生产。

量子点几乎可以将所有的光线转换为高度特定的颜色。像是滤色镜,虽然可以阻挡其他不需要的光线,但同时也会损失大部分的亮度。而量子点则能够把超过90%的光转换成所需颜色。

如今的电视、手机屏幕等,之所以能呈现出五彩缤纷的色彩,都与量子点技术有关。不仅如此,作为半导体材料,量子点在微型传感器、太阳能电池、量子通信等领域也展现出巨大潜力。在医学领域,量子点也被用于检测和成像,为人类健康保驾护航。

随着量子点技术的不断进步,或许不久后,量子点将如同繁星般点缀在我们生活的每一个角落,以其独特的魅力让世界变得更加绚丽多彩。

(作者系中国科学院理化技术研究所博士生)

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