量子點(diǎn)技術(shù)課件

量子點(diǎn)技術(shù)

量子點(diǎn)技術(shù)1目錄CONTENTS01簡(jiǎn)介02原理03應(yīng)用目錄CONTENTS01簡(jiǎn)介02原理03應(yīng)用2QuantumDotLEDQuantumDotLED3WhatisQuantumDot?WhatisQuantumDot?Nanocrystals2-10nmdiameterSemiconductorsCdSe/SS/SeZn/CdWhatisinQuantumDot?WhatisQuantumDot?WhatisQ4HowwasQuantumDotdiscovered?上世紀(jì)80年代初，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的LouisBrus和前蘇聯(lián)約夫研究所的AlexanderEfros以及VictorI.Klimov等多位研究者發(fā)現(xiàn)：粒徑不同硫化鎘顆粒在受激情況下會(huì)產(chǎn)生不同顏色的熒光。在1990~1993年之間，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了“金屬有機(jī)-配位溶劑-高溫”技術(shù)，它以具有高毒性、非常不穩(wěn)定的二甲基鎘作為鎘源，在300℃左右高溫下、在有機(jī)配位溶劑中合成高質(zhì)量的硒化鎘。HowwasQuantumDotdiscovered5WhatpropertydoesQuantumDothave?表面效應(yīng)限域效應(yīng)尺寸效應(yīng)WhatpropertydoesQuantumDot6WhatdoesQuantumDotusefor?QuantumDotLED（QDLED/QLED)YAG：Ce單量子點(diǎn)多量子點(diǎn)雙量子點(diǎn)WhatdoesQuantumDotusefor7WhywemakeQuantumDotLED?ComparationbetweenQLED&traditionalWLEDQLED色純度高發(fā)光效率高尺寸小材料構(gòu)成簡(jiǎn)單封裝工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單WLED色純度低發(fā)光效率低尺寸較大材料構(gòu)成較復(fù)雜封裝工藝和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜WhywemakeQuantumDotLED?Co8QLED發(fā)光原理QLED發(fā)光原理9量子屏QLED技術(shù)解析QLED是“QuantumDotlightEmittingDiode”的簡(jiǎn)寫，中文譯名是量子點(diǎn)發(fā)光二極管，亦可稱量子屏顯示技術(shù)，這是一項(xiàng)介于液晶和OLED之間的新型技術(shù)原理是通過(guò)藍(lán)色lED光源照射量子點(diǎn)來(lái)激發(fā)紅光及綠光，這項(xiàng)技術(shù)是將量子點(diǎn)的光學(xué)材料放入背照燈與液晶面板之間，可以使色域達(dá)到或超過(guò)OLED的水平，甚至可以省去光源側(cè)的偏光片，有效降低液晶顯示產(chǎn)品(適用于液晶電視和液晶顯示器)的制造成本。量子屏QLED技術(shù)解析QLED是“QuantumDotl10QLED發(fā)光原理量子點(diǎn)具有發(fā)光特性，量子點(diǎn)薄膜(QDEF)中的量子點(diǎn)在藍(lán)色LED背光照射下生成紅光和綠光，并同其余透過(guò)薄膜的藍(lán)光一起混合得到白光，從而提升整個(gè)背光系統(tǒng)的發(fā)光效果。量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)與眾不同的特性，每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，量子點(diǎn)能夠?qū)ED光源發(fā)出的藍(lán)光完全轉(zhuǎn)化為白光(傳統(tǒng)YAG熒光體只能吸收一部分)，這意味著在同樣的亮度下，量子點(diǎn)QLED所需的藍(lán)光更少，在電光轉(zhuǎn)化中需要的電力亦更少，有效降低背光系統(tǒng)的功耗總成。QLED發(fā)光原理量子點(diǎn)具有發(fā)光特性，量子點(diǎn)薄膜(QDEF)11QLED發(fā)光原理量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)令電視亮度有效提升30～40%，背光源系統(tǒng)色彩轉(zhuǎn)換效率大幅提升的情況下，畫面的色彩更亮麗，兼顧節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，畫面亮度、色彩純度均為WLED背光系統(tǒng)的2倍左右，性能提升十分明顯?？紤]到液晶技術(shù)的物理特性先天不足，量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)能夠帶來(lái)如此多的革命，堪稱液晶技術(shù)的“完美形態(tài)”毫不為過(guò)。量子點(diǎn)QLED色彩準(zhǔn)確性高且畫面更穩(wěn)定QLED發(fā)光原理量子點(diǎn)QLED顯示技術(shù)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)令電視亮12組成材料這項(xiàng)技術(shù)核心在于量子點(diǎn)，量子點(diǎn)一般由鋅、鎘、硒和硫原子構(gòu)成。研究人員制備的高質(zhì)量的具有核殼結(jié)構(gòu)的CdSe/ZnS和CdSe/CdS/ZnS納晶量子點(diǎn)，同時(shí)使用聚三苯胺(poly-TPD)為空穴傳輸層、八羥基喹啉鋁(Alq3)為電子傳輸層，通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)尺寸以及通過(guò)器件結(jié)構(gòu)和各層厚度的優(yōu)化，制備了可發(fā)紅、橙、黃、綠四種顏色光的QD-LED器件，其最大亮度分別達(dá)到9064(紅光)、3200(橙光)、4470(黃光)和3700(綠光)cd/m2，分別為各色光QD-LED文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。同時(shí)，這些QD-LEDs還具有較低的啟亮電壓(3-4V)、改進(jìn)的效率(1.1-2.8cd/A)、高的色純度(電致發(fā)光譜半峰寬30nm左右)和較長(zhǎng)的工作壽命。組成材料這項(xiàng)技術(shù)核心在于量子點(diǎn)，量子點(diǎn)一般由鋅、鎘、硒和硫13結(jié)構(gòu)特點(diǎn)因體積小，讓內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動(dòng)受到限制，所以量子限域效應(yīng)特別顯著，也讓它能發(fā)出特定顏色的熒光。其發(fā)出的光線顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小、形狀所決定。由于發(fā)光波長(zhǎng)范圍極窄，顏色非常純粹，所以畫面更加明亮。當(dāng)受到電或者光（諸如LED產(chǎn)生的光）的刺激后，量子點(diǎn)中的電子吸收了光子的能量，從穩(wěn)定的低能級(jí)躍遷到不穩(wěn)定的高能級(jí)，而在穩(wěn)定恢復(fù)時(shí)將能量以特定波長(zhǎng)的光子放出。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)因體積小，讓內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動(dòng)受到限制，所以量14QLED和OLED的對(duì)比QLED和OLED的本質(zhì)區(qū)別其實(shí)就是發(fā)光材料不同，前者為無(wú)機(jī)物量子點(diǎn)材料，后者是有機(jī)小分子與聚合物。與有機(jī)發(fā)光材料相比，量子點(diǎn)的高穩(wěn)定性使得器件封裝要求低于OLED。目前OLED顯示屏在制造技術(shù)上仍存在一些困難。如果屏幕尺寸增大，造成色彩不精確。量子點(diǎn)顯示屏的制造則不會(huì)出現(xiàn)色彩偏移的問(wèn)題。另外量子點(diǎn)材料可以形成懸濁液，甚至可以像噴墨打印那樣“打印”在非常薄的、柔性或者透明的襯底上。純色OLED需要彩色過(guò)濾器才能產(chǎn)生，而QLED天生就能產(chǎn)生各種不同純色，因此能效更高，制造成本更低。在同等畫質(zhì)下，QLED的節(jié)能性有望達(dá)到OLED的2倍，發(fā)光率將提升30%至40%。QLED和OLED的對(duì)比QLED和OLED的本質(zhì)區(qū)別其實(shí)就是15量子點(diǎn)五種應(yīng)用量子點(diǎn)五種應(yīng)用16量子點(diǎn)的應(yīng)用一：量子點(diǎn)電視3.由于量子點(diǎn)的大小尺寸可以被精確控制，因而導(dǎo)致由這些量子點(diǎn)生成的光被精確控制，換句話說(shuō)，在圖像色彩的控制上也就更精準(zhǔn)。有兩種應(yīng)用方向：一種是三星、LG、3M等公司使用的將量子點(diǎn)散布在薄膜上；另一種是用于邊置LCD背光單元，在薄壁管外涂覆量子點(diǎn)的方式1.由于量子點(diǎn)的鮮明特征是，既可使用單色光激發(fā)出多種不同顏色，也可以使用多種顏色的光激發(fā)產(chǎn)生特定顏色的純色熒光。2.QLED顯示技術(shù)能夠增強(qiáng)LED白色光強(qiáng)度，并且一旦用藍(lán)色LED點(diǎn)亮?xí)ぐl(fā)出全頻譜光的能力，它能以更有效的方法去點(diǎn)亮LCD顯示的像素。量子點(diǎn)的應(yīng)用一：量子點(diǎn)電視3.由于量子點(diǎn)的大小尺寸可以被精確17量子點(diǎn)的應(yīng)用二：量子點(diǎn)激光器量子點(diǎn)激光器的性能與量子階激光器或量于線激光器相比，具有更低的閡值電流密度，更高的特征溫度和更高的增益等優(yōu)越特性。這主要由于在量子點(diǎn)材料(又稱零維材料)中，載流子在三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上受到限制，載流于態(tài)密度與能量關(guān)系為6函數(shù)，因而具有許多獨(dú)特的物理性質(zhì)，如量子效應(yīng)、量子隧穿、非線性光學(xué)等，極大地改善了材料的性能。2011年10月21日，華工科技聘任國(guó)際納米專家王肇中為公司首席科學(xué)家，負(fù)責(zé)量子點(diǎn)激光器中試研發(fā)。華工科技副總裁楊肖表示，“這項(xiàng)技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家只處于中試階段，華工科技站在了世界技術(shù)前沿。”980nm量子點(diǎn)激光器可廣泛應(yīng)用于大功率光纖放大泵浦源、激光手術(shù)刀、材料加工和防偽檢測(cè)等領(lǐng)域；1.3mm、1.55mm和可見(jiàn)光的單模量子點(diǎn)激光器在大容量光纖通信，高速光計(jì)算、光互聯(lián)和信息處理等許多方面都有極其重要的應(yīng)用前景量子點(diǎn)的應(yīng)用二：量子點(diǎn)激光器量子點(diǎn)激光器的性能與量子階激光器18量子點(diǎn)的應(yīng)用之三：流式細(xì)胞儀流式細(xì)胞儀是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自動(dòng)分析和分選的裝置。它可以快速測(cè)量、存貯、顯示懸浮在液體中的分散細(xì)胞的一系列重要的生物物理、生物化學(xué)方面的特征參量，并可以根據(jù)預(yù)選的參量范圍把指定的細(xì)胞亞群從中分選出來(lái)。多數(shù)流式細(xì)胞計(jì)是一種零分辨率的儀器，它只能測(cè)量一個(gè)細(xì)胞的諸如總核酸量，總蛋白量等指標(biāo)，而不能鑒別和測(cè)出某一特定部位的核酸或蛋白的多少。也就是說(shuō)，它的細(xì)節(jié)濟(jì)研咨詢:分辨率為零。量子點(diǎn)的應(yīng)用之三：流式細(xì)胞儀流式細(xì)胞儀是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自動(dòng)分析19量子點(diǎn)的應(yīng)用之四：生物成像生物連接的量子點(diǎn)已被應(yīng)用到DNA雜交、免疫測(cè)定及受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞作用和時(shí)間控制的組織片段的熒光成像，并作為熒光標(biāo)志應(yīng)用到蛋白組研究及活體中細(xì)胞成像。量子點(diǎn)的一個(gè)突出好處是它有著非常高的光穩(wěn)定性，這就可以在一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和追蹤。而且可用不同顏色的量子點(diǎn)同時(shí)對(duì)活細(xì)胞內(nèi)或表面進(jìn)行標(biāo)記，這就方便了對(duì)不同目標(biāo)的區(qū)分。量子點(diǎn)的應(yīng)用之四：生物成像生物連接的量子點(diǎn)已被應(yīng)用到DNA雜20量子點(diǎn)的應(yīng)用之五：藥物傳遞近年來(lái)基于熒光技術(shù)的藥物篩選方法,由于其靈敏度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)得到了快速的發(fā)展。量子點(diǎn)作為新型的無(wú)機(jī)熒光染料,獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),勢(shì)必會(huì)對(duì)藥物篩選研究帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。Nie等巧妙地將不同數(shù)量的不同熒光特征的量子點(diǎn)組合進(jìn)內(nèi)部鏤空的高分子小球,從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的可標(biāo)記到生物分子上的微球,發(fā)現(xiàn)將5～6種顏色,6種發(fā)光強(qiáng)度的量子點(diǎn)進(jìn)行不同組合即可形成10000～40000種可識(shí)別編碼的量子點(diǎn)微球,如果發(fā)光強(qiáng)度的變化增加到10種,就可以加工出100萬(wàn)種可識(shí)別的編碼微球,理論上可以對(duì)100萬(wàn)種不同的DNA或蛋白質(zhì)進(jìn)行識(shí)別。量子點(diǎn)的應(yīng)用之五：藥物傳遞近年來(lái)基于熒光技術(shù)的藥物篩選方法,21￥展望￥￥展望￥22量子點(diǎn)展望之一：目前,量子點(diǎn)的制備技術(shù)和標(biāo)記技術(shù)都在不斷地完善,量子點(diǎn)的性能也在提高,已在光學(xué)、電子學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)等研究領(lǐng)域里展露頭角。但在醫(yī)藥領(lǐng)域,尤其是臨床應(yīng)用中,量子點(diǎn)的使用范圍是否能得到進(jìn)一步的發(fā)展和擴(kuò)大,還取決于能否解決量子點(diǎn)自身存在的毒性和生理環(huán)境對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響等問(wèn)題。因此,下一步的研究將集中在這些方面?？梢韵嘈?隨著這些問(wèn)題的明確和解決,量子點(diǎn)必將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得更好的應(yīng)用空間。量子點(diǎn)是一類應(yīng)用于生物成像中的新型的熒光探針，它將在細(xì)胞表面和內(nèi)部功能分子的成像探測(cè)、組織器官以及病變部位的成像定位與診斷等方面得到更加廣泛的應(yīng)用。量子點(diǎn)展望之一：目前,量子點(diǎn)的制備技