新晋诺贝尔化学奖的“量子点”技术：显示应用只是“开胃菜”

    10月4日，瑞典皇家科学院宣布，2023年诺贝尔化学奖授予三位探索纳米和量子点领域的科学家，以表彰他们在“量子点的发现和合成”方面的贡献。

    不过，对电子信息产业而言，“量子点”并不是一个陌生词汇，事实上，量子点技术早已率先在显示产业应用落地。并且，在业内人士看来，显示只能算量子点技术应用的一道“开胃菜”，未来，生物成像、传感器、太阳能电池等都将成为量子点技术的应用落地场景。

    “量子点”显示时代正在到来

    “量子点”又可称“半导体纳米晶”，前者得名于其独特的量子限域效应或者量子尺寸效应，是由数百或数千个原子组成的小团体，尺寸非常小，通常在2～10纳米。

    量子点是如此之小，但用处却极大。

    量子点问世之初，就有学者根据量子点独特的光电特性预测称，其主要应用领域将首先集中在电子与光学方面。事实上，率先推动了量子点技术落地的领域，正是电视产业。

    2013年，日本索尼公司率先发布了量子点背光源的液晶电视，并使液晶显示再次具备与OLED一竞高下的实力，延长了液晶电视的“花期”。此后，三星、TCL等品牌相继推出搭载量子点背光的液晶电视，“量子点电视”成为彩电领域一个新兴的技术流派。

    “由于不同尺寸大小组成的量子点受激发后会呈现出不同的颜色，能覆盖可见光区域，因此可作为新一代显示发光材料。”上海理工大学材料与化学学院铋科学研究中心副教授李钰皓表示。

    中国电子信息产业发展研究院显示领域专家刘暾在接受《中国电子报》记者采访时指出，使用量子点背光源的电视，其色域值、亮度得以大幅提升，并能显示更鲜艳真实的色彩，即使最难表达的红色和绿色也能较好呈现。色域更是可以实现高达110% NTSC，远超OLED色彩效果。“且由于量子点电视使用的无机材料不易被氧化，其显像寿命比OLED更稳定、更长久。”刘暾表示。

    如今，量子点显示技术色域广、亮度高、寿命长的优势已经是行业共识。正是看到量子点有望成为显示技术领域“明星材料”的远大前景，显示产业开始摩拳擦掌。

    索尼的TRILUMINOS原色显示技术就是通过量子点对背光源色彩进行控制。韩国的两大显示龙头企业：三星和LG也把量子点作为战略技术积极布局。值得一提的是，三星更早在全球开始推广售卖QLED量子点电视，并迅速抢占了市场，其市场占比曾一度超过80%。

    再看国内，国内电视厂商TCL率先布局，积极推动量子点产品落地。TCL电子研发中心总经理方庆指出， 2014年，中国第一台量子点电视TCL H9700发布，到2023年TCL发布的中高端量子点电视C11G，TCL已在量子点方向耕耘十年。

    据奥维云网数据，今年上半年，量子点电视在销量上的增长态势明显高于其他技术，未来有机会推动彩电行业走出新动能。不过，中国电子视像协会副秘书长董敏向《中国电子报》记者指出，业界应该期待的量子点电视应该是指利用量子点物质实现自发光（即通过将量子点材料施加在一定的电场，发出特定频率的光），从而产生图像，不再需要背光源和光处理单元。

    应用领域并未止步于显示

    量子点技术应用从电视开始兴起却并未止步于显示，生物成像、传感器、太阳能电池等都将成为量子点的应用落地场景。

    据上海理工大学材料与化学学院特聘教授廉孜超介绍，在太阳能电池中使用量子点材料，可以提高光电转换效率。“现在的太阳能电池大多使用的是单晶硅材料，量子点比硅吸收太阳光的范围更广，而且对光的吸收能力强，再加上在溶液中合成和后续处理量子点比较简易方便，因此量子点在太阳能电池中将有很大的应用潜力。”他强调。

    “由于量子点的发光谱峰更窄，不易发生串色现象，能同时对细胞内多种特定物质进行持续追踪，可应用在肿瘤标志物的分析检测、荧光手术导航中。”李钰皓告诉记者，目前这一技术在我国已实现了小范围的临床使用。

    “此外，量子点在量子计算机方面也能应用。”李钰皓举例说，如用电场约束法来合成量子点，可调控其量子特性用于制造量子计算机。据其透露，目前，上理工铋科学研究中心正在研究合成铋元素的量子点，拓展量子点在生物医药及光电催化等领域的应用。

    上海科技大学物质学院研究员宁志军表示，上科大的光电转化材料与器件实验室也在进行量子点表面态和自组装方面的研究，并将它应用到红外探测器件中。未来，量子点还能应用在新兴光电器件中，比如红外探测器、太阳能电池器件等。

    “如今，量子点的研究已经逐渐扩散到材料及生命科学的各个领域。”中南大学化学化工学院教授张翼强调，随着科学技术的不断发展和创新，量子点的制备成本会越来越低，预期将会在更多领域发挥作用。