新晉諾貝爾化學(xué)獎的“量子點”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)獎授予三位探索納米和量子點領(lǐng)域的科學(xué)家，以表彰他們在“量子點的發(fā)現(xiàn)和合成”方面的貢獻(xiàn)。

    不過，對電子信息產(chǎn)業(yè)而言，“量子點”并不是一個陌生詞匯，事實上，量子點技術(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，顯示只能算量子點技術(shù)應(yīng)用的一道“開胃菜”，未來，生物成像、傳感器、太陽能電池等都將成為量子點技術(shù)的應(yīng)用落地場景。

    “量子點”顯示時代正在到來

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

    量子點是如此之小，但用處卻極大。

    量子點問世之初，就有學(xué)者根據(jù)量子點獨特的光電特性預(yù)測稱，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹紫燃性陔娮优c光學(xué)方面。事實上，率先推動了量子點技術(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)布了量子點背光源的液晶電視，并使液晶顯示再次具備與OLED一競高下的實力，延長了液晶電視的“花期”。此后，三星、TCL等品牌相繼推出搭載量子點背光的液晶電視，“量子點電視”成為彩電領(lǐng)域一個新興的技術(shù)流派。

    “由于不同尺寸大小組成的量子點受激發(fā)后會呈現(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娮訄蟆酚浾卟稍L時指出，使用量子點背光源的電視，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)。色域更是可以實現(xiàn)高達(dá)110% NTSC，遠(yuǎn)超OLED色彩效果�！扒矣捎诹孔狱c電視使用的無機材料不易被氧化，其顯像壽命比OLED更穩(wěn)定、更長久�！眲㈥毡硎�。

    如今，量子點顯示技術(shù)色域廣、亮度高、壽命長的優(yōu)勢已經(jīng)是行業(yè)共識。正是看到量子點有望成為顯示技術(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)就是通過量子點對背光源色彩進(jìn)行控制。韓國的兩大顯示龍頭企業(yè)：三星和LG也把量子點作為戰(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量子點電視，并迅速搶占了市場，其市場占比曾一度超過80%。

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

    據(jù)奧維云網(wǎng)數(shù)據(jù)，今年上半年，量子點電視在銷量上的增長態(tài)勢明顯高于其他技術(shù)，未來有機會推動彩電行業(yè)走出新動能。不過，中國電子視像協(xié)會副秘書長董敏向《中國電子報》記者指出，業(yè)界應(yīng)該期待的量子點電視應(yīng)該是指利用量子點物質(zhì)實現(xiàn)自發(fā)光（即通過將量子點材料施加在一定的電場，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、太陽能電池等都將成為量子點的應(yīng)用落地場景。

    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，在太陽能電池中使用量子點材料，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率�！艾F(xiàn)在的太陽能電池大多使用的是單晶硅材料，量子點比硅吸收太陽光的范圍更廣，而且對光的吸收能力強，再加上在溶液中合成和后續(xù)處理量子點比較簡易方便，因此量子點在太陽能電池中將有很大的應(yīng)用潛力。”他強調(diào)。

    “由于量子點的發(fā)光譜峰更窄，不易發(fā)生串色現(xiàn)象，能同時對細(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、熒光手術(shù)導(dǎo)航中�！崩钼曫└嬖V記者，目前這一技術(shù)在我國已實現(xiàn)了小范圍的臨床使用。

    “此外，量子點在量子計算機方面也能應(yīng)用。”李鈺皓舉例說，如用電場約束法來合成量子點，可調(diào)控其量子特性用于制造量子計算機。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，拓展量子點在生物醫(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)化材料與器件實驗室也在進(jìn)行量子點表面態(tài)和自組裝方面的研究，并將它應(yīng)用到紅外探測器件中。未來，量子點還能應(yīng)用在新興光電器件中，比如紅外探測器、太陽能電池器件等。

    “如今，量子點的研究已經(jīng)逐漸擴散到材料及生命科學(xué)的各個領(lǐng)域�！敝心洗髮W(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授張翼強調(diào)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，量子點的制備成本會越來越低，預(yù)期將會在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。