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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，量子点在显示器件、生物分析、医学诊断、太阳能电池等方面都将会有很大发展。 量子点被称为“人工原子”，是纳米级的半导体材料颗粒，目前备受人们关注。它正逐渐被应用于生物医药、光电设备等领域。含有量子点材料的QLED被认为可能是下一代手机屏幕、电视屏幕的发光材料，因其成本更低、色彩饱和度更高等特性，将成为下一代显示技术之一。当然，除了显示领域的应用之外，量子点还在生物电子、医学、太阳能电池等诸多领域中有着极大的应用前景。以下为近期量子点最新研究发展成果。 1、西安交大电信学院吴朝新课题组提出钙钛矿量子点设计新思路 近年来，钙钛矿材料由于具有易于合成、低成本、高吸收系数、载流子扩散距离长等优势，在光伏领域掀起研究热潮，成为炙手可热的“明星材料”。除此之外，钙钛矿材料还具有高荧光量子产率及易于通过组分调控的发光光谱范围，使其展现出在发光二极管领域的应用优势。尤其将钙钛矿制备成低维量子点后，由于量子限域作用，材料的发光性能将进一步提高。在钙钛矿量子点的制备过程中，为了保证胶体量子点的稳定性，烷基链配体必不可少。然而这些烷基配体的绝缘性限制了载流子在量子点之间的传输，导致了最终量子点器件低劣的性能。虽然可以通过优化烷基配体的浓度或烷基链的长度，在胶体量子点的稳定性与载流子传输性之间寻找平衡点，但此前依然没有一种方法解决钙钛矿胶体量子点的稳定性与量子点间载流子传输特性之间的矛盾。 西安交通大学电信学院吴朝新教授团队首次提出直接采用具有共轭结构的烷基胺苯丙烯胺(PPA)作为配体，利用共轭基团的电子离域特性，解决了量子点稳定性与载流子传输特性之间的矛盾，既成功地合成了甲胺铅溴钙钛矿量子点，并且在不降低量子点胶体稳定性的同时，提高了量子点薄膜的导电性能。相比采用正辛胺为配体制备的钙钛矿量子点，PPA的使用使得钙钛矿量子点薄膜中的载流子迁移率提高了22倍，相应的发光二极管器件性能提高了约八倍，PPA量子点发光二极管的亮度可达9053cd/m2，效率可达9.08cd/A。这项工作成功解决了量子点中较差的载流子传输性能与其稳定性之间的矛盾，为量子点的设计提供了新的思路，将加速共轭配体的设计及其在相应的量子点光电领域的应用。
该项研究工作以题为“Charge Transport between Coupling Colloidal Perovskite Quantum Dots Assisted by Functional Conjugated Ligands”近期发表于国际应用化学顶级经典期刊 Angew.Chem.Int.Ed.(2018,57,1–6)，并获得审稿专家top5%的高度评价。该论文第一作者为课题组博士生代锦飞，西安交通大学为唯一作者单位，吴朝新教授为唯一通讯作者。参与此项工作的还有西安交通大学理学院段新华教授及其博士生赵景峰同学。 该工作得到科技部国家重点研发专项、自然基金委面上课题以及博士后面上项目的支持。 2、湖南大学在氧化石墨烯量子点的制备和性能研究上取得重要进展 近日，材料科学与工程学院袁剑民老师在氧化石墨烯量子点的制备和性能研究上取得重要进展。研究成果“Graphene Oxide Quantum Dots Exfoliated From Carbon Fibers by Microwave Irradiation: Two Photoluminescence Centers and Self-Assembly Behavior”发表在国际学术期刊《Small》(IF=8.643)。该文第一作者和通讯作者为袁剑民老师。
石墨烯量子点在荧光分析、能源材料、催化材料、传感器、分子分离材料等方面具有广泛的应用前景。目前，石墨烯量子点的制备，主要采用“自上而下”和“自下而上”两种方法，都涉及复杂的合成和分离工艺。 近期，材料学院袁剑民老师采用微波辐射碳纤维，直接剥离制备单层氧化石墨烯量子点，该方法不采用任何化学试剂，转化率高，是一种绿色环保的方法。用其它方法制得的氧化石墨烯量子点所含含氧基团的种类和数量随机分布，导致低的荧光效率;而用微波剥离法制备的氧化石墨烯量子点具有大量特定基团(醚键和环氧基)，因而具有强的双荧光发射中心，在高效荧光检测方面具有很好的前景。而且，该氧化石墨烯量子点具有独特的自组装功能，可以组装成各种具有微纳结构的3D模型，可在能源材料、催化材料、传感器、分子分离材料等方面进一步展开深入研究。 3、成都生物所在可重复使用量子点干凝胶研究中获进展 量子点(QD)，又称半导体纳米晶，一般是由II-VI族元素或Ⅲ-Ⅴ族元素构成，因其具有独特的光电性质而受到广泛关注。QD的荧光性能与其表面化学结构具有极强的依赖性，研究者们已经基于QD的荧光增强或荧光淬灭开发出了多种检测分析方法。但是，目前市面上还很难找到基于这些方法的仪器或商业化产品。其中的一个重要原因是目前开发的方法大都基于QD溶液或水凝胶，不利于储存、运输或现场快速分析，从而限制了这些检测方法的推广应用。因此，最近研究者们逐渐开始重视干态QD检测分析材料的研究。其中，QD-聚合物干凝胶法是最简单、最有利于推广的方法，但在干燥过程中干凝胶体积会发生明显收缩，增强QD纳米晶间的相互作用(电子耦合或激子转移)，最终导致材料的荧光性能大打折扣，限制了该方法的推广应用。另外，由于QD种类繁多，性质各异，目前还没有完善的方法处理废弃QD。已有报道说明废弃QD处理不当所带来的潜在巨大风险不容忽视。
流程图 中国科学院成都生物研究所研究员李帮经课题组长期致力于基于环糊精主客体识别作用开发新型超分子功能材料的研究。近期，他们发展了可重复使用的、具有高荧光保留率的QD干凝胶。基于mSH-CD，通过“一锅法”成功在CdTe表面修饰上βCD分子，并利用βCD分子与Ad基团的主客体包合作用成功在CdTe表面修饰一层可聚合官能团( HEMA-Ad@βCD-CdTe)。βCD分子独特的环状结构在CdTe表面构成有效空间位阻，显著抑制了CdTe在高浓度下由于纳米晶之间相互作用而导致整荧光强度降低的现象，保证了干凝胶的高QD携载量。同时，由于CdTe在聚合物网络中受到其表面βCD分子和与聚合物链相连Ad 基团间主客体包合作用的束缚，即使在干燥过程中水凝胶体积明显收缩，CdTe纳米晶仍保持均一性分散而没有形成聚集体，保证了得到的干凝胶具有高荧光保留率。不仅如此，主客体包合作用还赋予了干凝胶自愈合性能。制备的干凝胶具有多功能性的特点：不仅可以作为多种芳香类物质的定量检测平台(以香草醛为例)，还可以用于定性分析(例如区分邻硝基酚与对硝基酚这两种同分异构体)。使用过的干凝胶通过简单的处理即可再次使用，减轻了处理废QD的压力。此外，还可以向干凝胶内引入相应的酶而应用于生物分析领域。 4、超强图像处理芯片捕捉能力 只需要石墨烯+量子点 西班牙光子科学研究所(ICFO)的科学家们日前开发出一种全新的图像处理芯片。该图像处理芯片借助于新型的纳米石墨烯和量子点混合技术，首次让数字相机能够同时捕捉来自红外/紫外和可见光部分的图像。 ICFO的研究人员采用金属、PbS胶质量子点(CQD)半导体材料布于单层石墨烯，并且将这种混合式系统置于CMOS晶圆上，连接至图像处理芯片封装单元和读取电路。通过这种方法，研究团队成功地研制出能够感应超大范围光谱波长的高分辨率 图像传感器 ，感应波长范围从300纳米波长的紫外线至2000纳米波长的红外线，并且完整地覆盖了可见光范围。 该研究成果论文发表于最近的《自然光学》期刊上，论文作者Gerasimos Konstantatos表示：“我们将量子点技术成功地延展至近红外波谱(1100至1900纳米)，从而使我们的被动夜视技术能够同时侦测和展示晴朗夜空的大气” 。这项成果体现了实现室温下高敏感度、低成本远红外新型图像传感器的可能性，具有广阔的市场前景。 5、郑州大学制备出新型量子点发光二极管 日前，郑州大学副教授史志锋等在新型钙钛矿发光二极管(LED)方面取得进展，在国际上首次用全溶液法制备钙钛矿发光二极管，相关成果在《美国化学会—纳米》上发表。 近年来，新兴的金属卤化物钙钛矿材料在发光器件方面的应用引起人们的广泛关注，但该型器件较差的工作稳定性却成为其走向应用的瓶颈。 研究人员基于低成本、有潜力应用于大规模生产的全溶液工艺，成功制备出高效稳定的钙钛矿量子点LED。该器件表现出高亮度的绿光发射，外量子效率达到3.79%，最大亮度为每平方米6093.2坎德拉，其综合性能与常用真空沉积法制备的钙钛矿LED相当，同时保持了溶液法的独特优势。 更重要的是，该器件展现出优良的湿度、温度稳定性。在相对湿度达75%的高湿环境下，器件可连续工作12小时以上，在120摄氏度的高温环境下仍有较强的光输出，且经历连续3次加热、冷却循环测试后，器件的发光性能可恢复至原来的85%。 总结 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，量子点在显示器件、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。（本文摘自中国科学院/西安交通大学/湖南大学网站、中国科学报）
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