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量子点技术的前世今生和未来

2015-01-07 11:54
络遇
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  后来我到了阿肯色大学,我们找到了一种“绿色”有机溶剂路线,它让量子点的简便合成走进了全世界的实验室。只要有一个普通的化学合成实验室就可以做,在中国也可以做。接下来,我们系统探索了量子点生长机理,使得相对高质量的量子点的范围也逐步扩大到其它种类半导体。由于这些原因,这条“绿色”路线很快在全世界推广,包括工业界和学术界。

  我认为,科学研究分两类,分别是“前瞻性探索”和“系统性攻关”。上述贝尔实验室1990年的工作,就是典型的前瞻性探索,我们实验室在本世纪的工作则更接近系统性攻关。科学研究面对的未知世界、不像考试一样有标准答案。因此,我们既不能否定前瞻性探索、也不应该看不起系统性攻关。目前中国科学研究有过于看重前者的倾向,对科学热点过于关注。

  颠覆性进展

  回到浙江大学后,我慢慢认识到量子点合成化学真正的核心问题是激发态控制。这是因为,作为发光材料,其性能的实现只能在激发态。而对于传统的合成化学,化学家只关心基态。基于这个新认识,我们采用了一些新的合成控制方法。由此,我们得到了一些性能前所未有的量子点。

  以这些新型量子点为基础,通过与浙大材料系金一政副教授小组和纳晶科技公司合作,我们已经看到了第一个带有颠覆性意义的量子点应用。那就是性能优异的量子点LED(QLED)。在申请了专利后,我们把相关的第一篇文章投给了Natue杂志。已经在线发表。

  发光二极管(LED)正在改变我们的生活,在照明和显示领域的节能效果已经得到公认,这就是今年诺贝尔物理奖(氮化镓蓝光LED)的基础。氮化镓蓝光LED已经大面积量产,相关知识产权被日本、美国、欧洲公司牢牢控制了。但是,氮化镓蓝光LED的技术,是基于在蓝宝石单晶衬底上外延生长多层半导体单晶,要求高真空设备、超高纯度原料、制备过程能量消耗大。因此,其基础成本大。

  如果量子点合成达到了LED光电性能的要求,那么,量子点LED有望结合氮化镓LED和OLED两者的优势。我们近期的这个工作,证实了这个设想。Nature的审稿人给出了几个指标,让我们与OLED和其它溶液加工LED做一个横向比较。结果表明,尽管我们的QLED是在相对简陋的条件下用溶液法制备的,但我们的器件几乎全面胜出。

  LED也是照明产业的核心器件。但是和太阳光比较,现在的白光LED灯是有缺陷的,它是人造白光,有很多的高能光子。高能光子对人类健康的影响,已经有一些医学证据表明是不利的。另外,现行白光LED发热比较明显,这也不是好消息。QLED的白光,在原理可以完全做到与理想照明光源一致,更加接近于自然光,并且发热大大减少。我们最近工作的进展表明,有一天量子点LED将为照明产业做出贡献。量子点这个领域,目前已经发展到了需要高深、更系统、更集成(或者更交叉)的水平。我们的QLED技术,目前处于国际领先地位、并确立了自己的知识产权。但是,来自MIT(QDVision)、SAMSUMG等方面的竞争是不容小视的。(根据在2014汤森路透《2014研究前沿》发布暨科学家论坛上的报告整理,有删节)
 

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