量子点（Quantum Dots）是指空间三个维度上存在量子限域效应的半导体纳米晶材料，又被称作“人造原子”。量子点材料的粒径一般介于1－10nm，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成分立能级结构，由此带来了发光光谱窄（20－30nm），色度纯高，色域广等优势。

在当今纳米研究领域，量子点算是明星材料之一。量子点技术的起源要追溯到上世纪70年代中期，最初它是为了解决全球能源危机而发展起来的。目前，量子点的发展主要分为以下四个阶段：

第一阶段：

1983年，Bell实验室的Brus首次报道了CdS纳米晶具有尺寸效应等相关的性质，拉开了量子点研究的序幕［1］。

1993年，MIT的Bawendi教授和其学生Murray、Norris在JACS上发表了制备高质量CdE（E＝Se、Te、S）的合成方法［2］，对于均一形貌量子点制备进行了探究。这一阶段的量子点纳米晶都是通过共沉淀法制备得来的。这种纳米晶由于尺寸分布不均匀，且表面缺陷较多，难以得到实际的应用。

第二阶段：

1994年，Alivisatos教授在Nature上发表了利用CdSe量子点构建发光二极管（LED）的文章［3］，开启了量子点在光电转换领域应用的密码。

1998年，Alivisatos教授［4］和聂书明［5］教授各自同时在Science上撰文，将水溶性的量子点应用于生物医学领域，证实量子点在这一领域大有可为。Science杂志把这两篇文章放在同一期中一前一后发表，这就是量子点研究领域著名的“2013和2016”事件。

第三阶段：

2001年，彭笑刚教授实现了高质量量子点的简单、大规模的合成［6］，将量子点带到了全世界的普通实验室中，让更多的研究员进行研究。为之后量子点的飞速发展奠定了基础。同年，聂书明教授和其学生韩明勇在Nature Biotechnology发表了利用量子点进行多色标记和编码方面的工作，实现了一直以来利用荧光编码的梦想。

2002年，Alivisatos教授首次将量子点的应用拓展至太阳能电池领域。虽然基于量子点的太阳能电池还没有代替染料敏华太阳能电池，转化效率也不及染料。同年，德国的Weller课题组在JPCB上发表了水相合成CdTe量子点的文章，进一步降低了量子点的合成要求，让CdTe量子点走进了亚洲（尤其是中国）的实验室中［7］。但只能用于高质量的CdTe的合成，且在晶体质量、发光强度、稳定性方面都逊于有机相中合成的量子点。

2003年，Larson等人在Science上报道了量子点的多光子发射性质，这样在荧光成像的时候可以完全避开生物组织的背景荧光［8］。

2004年，聂书明和高小虎在Nature Biotechnology上报道量子点在活体肿瘤成像方面的应用［9］。同年，Bhatia在Nano Letter上报道了量子点的生物毒性［10］。这篇文章不但给对量子点狂热的人们敲了一个警钟，同时开启了另外一个研究热点：纳米材料的生物毒性；也是标志着量子点的研究趋于理性：看到其优势的同时，也考虑到其生物兼容性等。

2004年开始，多位科学家报道了CuInS、InP／ZnSe、 MnSe／ZnSe、Si、C等无重金属离子量子点的研究。

第四阶段：

2005年，Michalet［11］和 Medintz、Mattoussi［12］分别综述了量子点在生物传感、标记和成像领域的应用。

2012年，新加坡南洋理工大学Luminous！实验室研发了CdS纳米晶体的白光QD－LED，制备了覆盖所有可见光波段范围的InP／ZnS无镉量子点［13］。

综上所述，未来更绿色、更低毒、兼容性更强、发光效率更高的量子点材料将成为量子点研究的主要方向。改变量子点材料的颗粒尺寸即可实现整个可见光谱区的覆盖，将不同尺寸的量子点按照一定比例混合，即可实现类似于太阳光的自然光色，得到较高的显色指数。量子点材料在提高色彩饱和度与显色指数的同时，还能降低显示与照明的功耗，必将成为下一代显示与照明用核心关键光转化材料。（作者：张敏）

参考文献：

［1］R．Rossetti，S．Nakahaha，L．E．Brus．Quantum size effects in the redoxPotentials，

resonance Raman spectra，and electronic spectra of CdS crystallites in aqueous solution［J］．The Journal of Chemical Physics，1983，79：1086．

［2］C．B．Murray，D．J．Norris，M．G．Bawendi．Synthesis and Characterization of Nearly Monodisperse CdE（E＝S，Se，Te） Semiconductor Nanocrystallites［J］．J．Am．Chem．Soc．

1993，115，8706－8715．

［3］V．L．Colvin，M，C， Schlamp＆A．p．ALivisatos． Light－emitting diodes made from cadmium selenide nanocrystals and a semiconducting polymer［J］． Letters to Nature，1994，Nature 370，354－357．

［4］MB Jr，APAlivisatos． Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological labels［J］．Science， 1998，281 （5385） ：2013

［5］Chan WC， Nie S． Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive NonisotopicDetection［J］． Science （New York， N．Y．） ， 1998 ， 281 （5385） ：2016

［6］ZA Peng， X Peng． Formation of High－Quality CdTe， CdSe， and CdS Nanocrystals Using CdO as Precursor［J］． Journal of the American Chemical Society， 2001， 123 （1） ：183－4．

［7］NikolaiGaponik，DmitriV．Talapin， HorstWeller， Thiol－Capping of  CdTe

Nanocrystals：An Alternative to Organometallic Synthetic Routes［J］．J．Phys．Chem．

B2002，106，7177－7185．

［8］Larson DR， Zipfel WR， Williams RM． Water－Soluble Quantum Dots for Multiphoton fluorescence imaging in vivo［J］．Science． 2003 30；300（5624）：1434－6．

［9］GaoX． H．， CuiY． Y．， Levenson R． M， et．al．．In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots［J］． NatureBiotechnol．， 2004， 22， 969－976．

［10］Derfus A． M．， Chan W． C． W．， Bhatia S． N． Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots［J］． Nano Letter， 2004， 4， 11－18．

［11］Michalet X， Pinaud FF， BentolilaLA，et．al．．Quantum Dots for Live Cells， in Vivo Imaging， and diagnostics［J］．Science， 2005 Jan 28；307（5709）：538－44．

［12］Medintz IL， Uyeda HT， Goldman ER，et．al．． Quantum dot bioconjugates for imaging， labeling and sensing［J］．Nature Materials． 2005 Jun；4（6）：435－46．

［13］X Yang， ST Tan， XW Sun，et．al．．High－quality InP／ZnS nanocrystals with high photometric performance and their application to white quantum dot light－emitting diodes［J］．Photonics Conference ， 2012 ， 98 （5） ：758－759．