新晉諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的“量子點(diǎn)”技術(shù)：顯示應(yīng)用只是“開胃菜”

    10月4日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位探索納米和量子點(diǎn)領(lǐng)域的科學(xué)家，以表彰他們?cè)凇傲孔狱c(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和合成”方面的貢獻(xiàn)。

    不過(guò)，對(duì)電子信息產(chǎn)業(yè)而言，“量子點(diǎn)”并不是一個(gè)陌生詞匯，事實(shí)上，量子點(diǎn)技術(shù)早已率先在顯示產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地。并且，在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，顯示只能算量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用的一道“開胃菜”，未來(lái)，生物成像、傳感器、太陽(yáng)能電池等都將成為量子點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用落地場(chǎng)景。

    “量子點(diǎn)”顯示時(shí)代正在到來(lái)

    “量子點(diǎn)”又可稱“半導(dǎo)體納米晶”，前者得名于其獨(dú)特的量子限域效應(yīng)或者量子尺寸效應(yīng)，是由數(shù)百或數(shù)千個(gè)原子組成的小團(tuán)體，尺寸非常小，通常在2～10納米。

    量子點(diǎn)是如此之小，但用處卻極大。

    量子點(diǎn)問(wèn)世之初，就有學(xué)者根據(jù)量子點(diǎn)獨(dú)特的光電特性預(yù)測(cè)稱，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹紫燃�中在電子與光學(xué)方面。事實(shí)上，率先推動(dòng)了量子點(diǎn)技術(shù)落地的領(lǐng)域，正是電視產(chǎn)業(yè)。

    2013年，日本索尼公司率先發(fā)布了量子點(diǎn)背光源的液晶電視，并使液晶顯示再次具備與OLED一競(jìng)高下的實(shí)力，延長(zhǎng)了液晶電視的“花期”。此后，三星、TCL等品牌相繼推出搭載量子點(diǎn)背光的液晶電視，“量子點(diǎn)電視”成為彩電領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)流派。

    “由于不同尺寸大小組成的量子點(diǎn)受激發(fā)后會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色，能覆蓋可見光區(qū)域，因此可作為新一代顯示發(fā)光材料�！鄙虾＠砉ご髮W(xué)材料與化學(xué)學(xué)院鉍科學(xué)研究中心副教授李鈺皓表示。

    中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院顯示領(lǐng)域?qū)＜覄㈥赵诮邮堋吨袊?guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)指出，使用量子點(diǎn)背光源的電視，其色域值、亮度得以大幅提升，并能顯示更鮮艷真實(shí)的色彩，即使最難表達(dá)的紅色和綠色也能較好呈現(xiàn)。色域更是可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)110% NTSC，遠(yuǎn)超OLED色彩效果�！扒矣捎诹孔狱c(diǎn)電視使用的無(wú)機(jī)材料不易被氧化，其顯像壽命比OLED更穩(wěn)定、更長(zhǎng)久。”劉暾表示。

    如今，量子點(diǎn)顯示技術(shù)色域廣、亮度高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)。正是看到量子點(diǎn)有望成為顯示技術(shù)領(lǐng)域“明星材料”的遠(yuǎn)大前景，顯示產(chǎn)業(yè)開始摩拳擦掌。

    索尼的TRILUMINOS原色顯示技術(shù)就是通過(guò)量子點(diǎn)對(duì)背光源色彩進(jìn)行控制。韓國(guó)的兩大顯示龍頭企業(yè)：三星和LG也把量子點(diǎn)作為戰(zhàn)略技術(shù)積極布局。值得一提的是，三星更早在全球開始推廣售賣QLED量子點(diǎn)電視，并迅速搶占了市場(chǎng)，其市場(chǎng)占比曾一度超過(guò)80%。

    再看國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)電視廠商TCL率先布局，積極推動(dòng)量子點(diǎn)產(chǎn)品落地。TCL電子研發(fā)中心總經(jīng)理方慶指出， 2014年，中國(guó)第一臺(tái)量子點(diǎn)電視TCL H9700發(fā)布，到2023年TCL發(fā)布的中高端量子點(diǎn)電視C11G，TCL已在量子點(diǎn)方向耕耘十年。

    據(jù)奧維云網(wǎng)數(shù)據(jù)，今年上半年，量子點(diǎn)電視在銷量上的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)明顯高于其他技術(shù)，未來(lái)有機(jī)會(huì)推動(dòng)彩電行業(yè)走出新動(dòng)能。不過(guò)，中國(guó)電子視像協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)董敏向《中國(guó)電子報(bào)》記者指出，業(yè)界應(yīng)該期待的量子點(diǎn)電視應(yīng)該是指利用量子點(diǎn)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自發(fā)光（即通過(guò)將量子點(diǎn)材料施加在一定的電場(chǎng)，發(fā)出特定頻率的光），從而產(chǎn)生圖像，不再需要背光源和光處理單元。

    應(yīng)用領(lǐng)域并未止步于顯示

    量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用從電視開始興起卻并未止步于顯示，生物成像、傳感器、太陽(yáng)能電池等都將成為量子點(diǎn)的應(yīng)用落地場(chǎng)景。

    據(jù)上海理工大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院特聘教授廉孜超介紹，在太陽(yáng)能電池中使用量子點(diǎn)材料，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率�！艾F(xiàn)在的太陽(yáng)能電池大多使用的是單晶硅材料，量子點(diǎn)比硅吸收太陽(yáng)光的范圍更廣，而且對(duì)光的吸收能力強(qiáng)，再加上在溶液中合成和后續(xù)處理量子點(diǎn)比較簡(jiǎn)易方便，因此量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中將有很大的應(yīng)用潛力�！彼麖�(qiáng)調(diào)。

    “由于量子點(diǎn)的發(fā)光譜峰更窄，不易發(fā)生串色現(xiàn)象，能同時(shí)對(duì)細(xì)胞內(nèi)多種特定物質(zhì)進(jìn)行持續(xù)追蹤，可應(yīng)用在腫瘤標(biāo)志物的分析檢測(cè)、熒光手術(shù)導(dǎo)航中。”李鈺皓告訴記者，目前這一技術(shù)在我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了小范圍的臨床使用。

    “此外，量子點(diǎn)在量子計(jì)算機(jī)方面也能應(yīng)用�！崩钼曫┡e例說(shuō)，如用電場(chǎng)約束法來(lái)合成量子點(diǎn)，可調(diào)控其量子特性用于制造量子計(jì)算機(jī)。據(jù)其透露，目前，上理工鉍科學(xué)研究中心正在研究合成鉍元素的量子點(diǎn)，拓展量子點(diǎn)在生物醫(yī)藥及光電催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

    上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院研究員寧志軍表示，上科大的光電轉(zhuǎn)化材料與器件實(shí)驗(yàn)室也在進(jìn)行量子點(diǎn)表面態(tài)和自組裝方面的研究，并將它應(yīng)用到紅外探測(cè)器件中。未來(lái)，量子點(diǎn)還能應(yīng)用在新興光電器件中，比如紅外探測(cè)器、太陽(yáng)能電池器件等。

    “如今，量子點(diǎn)的研究已經(jīng)逐漸擴(kuò)散到材料及生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。”中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授張翼強(qiáng)調(diào)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，量子點(diǎn)的制備成本會(huì)越來(lái)越低，預(yù)期將會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。