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量子点的应用前景分析

导读: 量子点又称半导体纳米微晶体,是直径在1~10nm的一类半导体纳米粒子,特殊的结构使得它具有表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应,其所展现出的许多不同于宏观块体材料的物理化学性质和特殊的光学性质,使其在显示、医学、太阳能电池等诸多领域中有着极大的应用前景。

量子点又称半导体纳米微晶体,是直径在1~10nm的一类半导体纳米粒子,特殊的结构使得它具有表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应[1],其所展现出的许多不同于宏观块体材料的物理化学性质和特殊的光学性质,使其在显示、医学、太阳能电池等诸多领域中有着极大的应用前景。

1. 量子点在显示领域的应用:

纳米量子点作为一种最新型的半导体荧光材料,已经逐渐成为取代传统荧光的研究热点。量子点LED具有以下优点:

a)量子点LED的发光层单层量子点可以由胶体溶液制成;

b)量子点LED器件的发光颜色可通过控制量子点尺寸进行调节;

c)量子点是无机物,比有机半导体具有更好的抗水、氧侵蚀的能力,因此量子点LED的封装要求低于OLED;

d)量子点LED具有较高的显色指数、色彩饱和度以及较低的能量损耗。

基于量子点LED以上所述的几大优势,目前,全球各大面板制造商正在积极地促进量子点LED的研究以及量产,量子点LED技术将成为下一代半导体照明与显示领域所面临的共性关键技术。

2. 量子点在医学领域的应用:

量子点最有前途的应用领域是在生物体系中作为荧光探针。理想的荧光探针必须能够与相应的细胞发生特异性的结合,通常荧光探针要满足以下要求:

a)必须具有足够的稳定性;

b)必须具有水溶性;

c)低毒或无毒,而且不损伤细胞;

d)必须具有足够强的荧光以便能满足于观察和研究。

而利用量子点作为荧光探针恰恰具备了以上的所有特点[2]。量子点技术,因其所拥有的独特的标记特点,必将成为今后生物分子检测的尖端技术,从而推动生物显像技术和生物制药技术的迅速发展,给疾病的诊断和治疗带来巨大进步。目前,结合流式细胞术,将量子点标记用于微流控芯片免疫分析也是一个方兴未艾的研究方向。

3. 量子点在太阳能电池中的应用:

量子点太阳能电池是第三代太阳能电池,也是目前最尖端、最新的太阳能电池技术之一。它主要通过两个效应来大幅度增加光电转换效率:第一个效应是来自具有充足能量的单光子激发产生多激子;第二个效应是在带隙里形成中间带,可以有多个带隙起作用,来产生电子空穴对。此外,它还可通过其它效应,减缓热电子-空穴对的冷却、提高电荷载流子之间的俄歇复合过程和库仑耦合、并且通过对于载流子进行三维限制,使跃迁过程不必满足动量守恒,从而提高转换效率[3]。

量子点太阳能电池有着良好的应用前景,其中量子点敏化太阳能电池距离商业化应用最为接近,但真正意义上的量子点太阳能电池,还有待深入研究。

综上所述,随着量子点研究的不断深入,量子点商品化进程已经逐渐开始。未来,随着人们对量子点材料更加深入的研究,量子点在生物分析、医学诊断、太阳能电池等方面都将会有很大发展。另外,伴随着不断成熟的量子点技术,将会有越来越多的量子点产品及技术被商品化,一个全新的、更成熟的量子点时代即将来临。(作者:刘莹)

参考文献:

[1]田宇光,陈优生.量子点的应用概论[J].科技信息,2008(9):441-442+444

[2]赵承军,唐军民.量子点在生物医学中的应用[J].解剖学报,2006.8:37(4)484-486

[3]基于量子点太阳能电池简介

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