未來15年量子點LED將點亮全球
摘要: 目前,量子點生物技術首先在醫藥學上得到應用,量子點電視顯示屏已經出現,量子點LED(QLED)光源也在實驗室里誕生。
1981年,一種全新概念的納米級半導體發光粒子被發現,我們且稱作“量子點”(Quantum Dot,QD)。從發現到前一個10年的時間里,人們還僅僅在學術的角度研究它的性質,又過了10年的時間也基本上沒有找到它的應用領域。2000年以后,量子點制備技術的提高帶動了其應用領域的發展,尤其是量子點技術的光譜隨尺寸可調、斯托克斯位移大、發光效率高、發光穩定性好等一系列獨特的光學性能更是成為近年來研究的焦點,并取得了重大進展。目前,量子點生物技術首先在醫藥學上得到應用,量子點電視顯示屏已經出現,量子點LED(QLED)光源也在實驗室里誕生。
1.未來15年量子點LED將點亮全球
1879年,白熾燈走完了從實驗室到實用照明的最后一步,開創了人類電氣照明的新紀元,只用了短短的20年時間,白熾燈撕開夜幕,點亮了世界。
1938年,熒光燈橫空出世,人類進入了氣體放電照明時代,20年后,熒光燈將千家萬戶的夜晚照亮成白晝。1980年,三基色熒光燈的出現將人類帶入了裝飾照明時代。又是在20年后,節能燈成為最廉價的光源布滿全球5大洲。
1998年,世界上第一支實用的白光LED問世,15年后,LED正開始全面接管整個照明市場,LED點亮了21世紀。
2009年,第一個量子點LED(QLED)燈泡在美國誕生。2010年,中國人取得了量子點技術顛覆性的突破,成為QLED照明進入實用化的起點。
雖然昂貴的量子點材料現在還不可能進入大眾照明領域,但我們有理由相信:15年后的2030年,室內照明必將成為QLED的天下!
2.神奇的量子點:不可思議的納米晶體
量子點是一種納米晶體。其組成元素已經不僅僅局限于Ⅱ-Ⅵ族(BaS、CdTe等)或Ⅲ-Ⅴ族(GaAs、InGaAs)到現在的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族(AgInS2等)的幾種元素,隨著研究的深入,還有更多的體系組成將被開發出來。
量子點大多為無機化合物,其性能穩定、可在水中形成膠體,尺寸在1~20 nm之間,這相當于5~100個原子直徑的尺寸。 量子點的3個維度都在100 nm以下,從尺寸上講,量子點是準零維度的納米材料(見圖1)。在量子點所有的與激發和發光密切相關的特性中讓我們尤為感興趣的是表面效應、量子限域效應和尺寸效應。
2.1 量子點的表面效應
隨著構成量子點的原子數量的減少,粒徑也隨之減小,比表面積隨之增大。
在化學性質方面,由于大部分原子都位于其顆粒表面,又使得化學性質異常活潑,極易產生宏觀狀態條件下不能發生的化學反應。
在光學性質方面,其反射系數會隨著粒徑的減少而顯著降低。粒徑越小,則顏色越深,即納米顆粒的光吸收能力越強,呈現出寬頻帶強吸收光譜,直至成為黑色。
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