2023
10·07
行家说快讯：
据诺贝尔官网消息，北京时间10月4日下午5点45分，瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔化学奖授予美国麻省理工学院教授蒙吉·巴文迪（Moungi G. Bawendi），美国哥伦比亚大学教授路易斯·布鲁斯（Louis E. Brus）和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·叶基莫夫（Alexei I. Ekimov），以表彰他们在“发现和合成量子点”方面的贡献。[1]
值得注意的是，路易斯·布鲁斯目前正担任纳晶科技科学顾问，在量子点领域开展合作。
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01
布鲁斯为中国企业担任科学顾问
据悉，纳晶科技创始人、浙江大学化学系教授彭笑刚与布鲁斯有着很深的交往，而这段缘分要从十几年前说起，彭笑刚2009年回国创立量子点领域科技公司纳晶科技，布鲁斯在得知后给予其极大鼓励，并愿意无偿担任其科学顾问。
“十几年来，一直为我们发展出谋划策，也不收取任何报酬。”彭笑刚表示，虽然年事已高，但布鲁斯仍然关注着量子点领域发展。
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02
量子点的发现、合成与发展
量子点，又称半导体纳米晶。每一个量子点是由数百至上百万原子组成、尺寸一般在几个到几十纳米的半导体单晶颗粒。
20世纪80年代初，叶基莫夫和布鲁斯各自独立成功合成了量子点材料，并观察到多种量子尺寸效应，拉开了量子点研究的序幕。[2]1993年，巴文迪完善了“金属有机-配位溶剂-高温”合成法，首次合成出高质量的量子点材料，实现了量子点合成的首次重大突破。[3]但是，由于使用了易燃易爆的二甲基镉和高成本的三正辛基氧膦，该方法受限明显，因此并不适合大规模产业化的推广。
据介绍，直到2000年左右，量子点合成化学迎来了里程碑式的突破。彭笑刚以稳定易得的氧化物或羧酸盐为前体，发明了绿色有机溶剂合成路线[4-5]，第一次在低温且安全可控的条件下合成尺寸均一、高质量的量子点，成功打通了量子点从实验室合成到大规模生产的最大障碍。自此，量子点开始进入了产业化的新纪元。
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新材料的大规模应用离不开其优异性能的支持。作为发光和光电材料，量子点只有在激发态才能体现其性能。
因此，彭笑刚在原来的基础上更进一步，率先提出了“量子点激发态合成控制”新概念，系统阐明量子点表面本征缺陷对其激发态性质的影响机制，进而引入熵配体实现无表面本征缺陷核壳结构量子点合成，在II-VI和III-V族核壳量子点系统中实现可控、可调的理想激发态性质。[6-9]
此次，诺贝尔奖以“量子点发现与合成”颁奖，一定程度上意味着量子点材料近些年产业化落地取得不错的成果，其应用价值获得充分认可。
从发展来看，量子点材料应用前景广阔，涵盖显示、光伏、CMOS、生物检测、照明等领域，尤其在显示领域，其被认为是极具潜力的新一代发光和光电材料。
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03
量子点显示技术的发展与应用
目前，我国新型显示产业正处在高速成长期，以电视行业为例，出货量主流以 LCD 为主，全年出货在2.1亿台左右。在中高端领域，以量子点、OLED 以及 Mini LED 背光技术等为代表，构成了当下智能电视行业的主流显示技术。
其中，量子点作为一项赋能式的技术也正在被更多的下游终端企业和终端消费者认可，量子点电视的市场占有率预期将会快速提升。
根据Omdia数据显示，全球量子点电视市场需求呈现逐年快速增长趋势，其中2022年全球量子点电视出货1130万台，2023年预计全球出货1330万台，同比增长18%。
显示市场的发展方向不断向高色域、低功耗、护眼舒适等方向发展，量子点具有半峰宽窄、发光效率高、感知亮度高、发光峰位随尺寸可调等性能优势，可精准匹配新型显示日益增长的需求，覆盖电视、显示器、车载、笔电、平板、手机及可穿戴等不同尺寸、不同应用场景的产品。
在显示材料国产化征程中，国内企业深耕以量子点材料为核心的显示技术，构筑技术和专利壁垒，自主研发了低镉/无镉量子点材料、量子点膜、量子点扩散板、量子点芯片原位封装（QD-LED）、量子点色转换技术（QDCC）、量子点电致发光（AM-QLED）等技术与产品，逐步实现商业化。
在支撑中国国内现存产业方面，液晶背光已投放了量子点管、量子点膜和量子点扩散板三代产品，并开发量子点芯片原位封装技术。据纳晶科技介绍，其是全世界唯一一家投入并引领这四代量子点背光源显示产品的公司，也是唯一一家支持了中国所有显示产业龙头企业的量子点公司。
近期，纳晶科技更是在耐高温量子点扩散板材料方面取得了突破性进展，推出了量子点扩散板2.0迭代产品，使得量子点扩散板能够在更高温度下稳定性更强、机械性能更优，将保障量子点在下游显示及终端产品中得到更为稳定的市场应用，同时也为量子点显示产业的发展贡献力量。
据纳晶科技表示，上述三代量子点背光产品都不能满足小屏（主要是手机屏）的产品要求，只有其终极形态QD-LED才能攻下这个重要市场。
由于QD-LED中的量子点与蓝光LED直接接触，受到光和热的影响成几何级数增加，对量子点可靠性的要求更为苛刻，经过十多年的努力，纳晶科技终于完成了QD-LED的实验室开发与中试，开始与头部手机企业进入量子点手机产品设计与定型阶段，给LCD手机提供与OLED手机优势竞争的机会。
此外， QDCC作为国产自研、成本更低、工艺适配性强的高色域色转换技术，量子点墨水和光刻胶可应用于各个新型显示技术。
令人期待的是，量子点显示的颠覆性技术路线AM-QLED，是一项基于量子点发光材料的主动式电致发光技术。
区别于目前高端显示OLED技术，主要通过溶液工艺的方式实现，可以像印报纸一样印刷显示发光阵列，具备显著的设备/材料成本优势、能耗与物耗优势和突出的显示性能优势。
更为重要的是，纳晶科技是该产业路线的奠基者之一（2014年作为完成单位之一荣获中国科学十大进展），在该产业路线方向目前处于国际领先地位。不同于LCD和OLED显示，我国不只是在知识产权和技术上领先，而且在AM-QLED产业路线的全链条都处于领先地位。因此，溶液加工的AM-QLED显示路线不仅仅是显示产业的颠覆性技术，也是中国显示产业从大到强的难得机遇。
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04
量子点未来想象空间巨大
不止于显示，由于量子点丰富的物理化学性质，近年来不仅吸引诸多学者投身其中，许多科技公司也在这一领域纷纷布局。
未来量子点的应用将超越显示并实现产业化，给人以无限的想象空间。正如诺贝尔化学奖委员会所说，量子点合成材料的潜力还远未被完全挖掘，量子点在未来可以为量子计算、柔性电子产品、微小传感器、更薄的太阳能电池，甚至量子加密通信等领域做出贡献--因此，我们才刚刚开始探索这些微小粒子的潜力。
参考资料：
[1] The Nobel Prize in Chemistry 2023, Retrieved October 5, 2023, from https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2023/press-release/
[2] Efros, A. L.; Brus, L. E. Nanocrystal Quantum Dots: From Discovery to Modern Development. ACS Nano 2021, 15 (4), 6192-6210.
[3] Murray, CBea, David J. Norris, and Moungi G. Bawendi. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E= sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites. Journal of the American Chemical Society, 1993, 115(19), 8706-8715.
[4] Peng, Z. Adam, and Xiaogang Peng. Formation of high-quality CdTe, CdSe, and CdS nanocrystals using CdO as precursor. Journal of the American Chemical Society, 2001, 123(1), 183-184.
[5] Qu, Lianhua, Z. Adam Peng, and Xiaogang Peng. Alternative routes toward high quality CdSe nanocrystals. Nano letters, 2001, 1(6), 333-337.
[6] Pu, Chaodan, et al. Synthetic control of exciton behavior in colloidal quantum dots. Journal of the American Chemical Society, 2017, 139(9), 3302-3311.
[7] Zhou, Jianhai, et al. Ideal CdSe/CdS core/shell nanocrystals enabled by entropic ligands and their core size-, shell thickness-, and ligand-dependent photoluminescence properties. Journal of the American Chemical Society, 2017, 139(46), 16556-16567.
[8] Yang, Yu, et al. Entropic ligands for nanocrystals: from unexpected solution properties to outstanding processability. Nano letters, 2016, 16(4), 2133-2138.
[9] Nan, Wennuan, et al. Crystal structure control of zinc-blende CdSe/CdS core/shell nanocrystals: synthesis and structure-dependent optical properties. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(48), 19685-19693.
