繼奈米材料之後，量子材料在這些年火了起來。
當然，不止是材料，什麼東西掛上個“量子”之後都立刻變得高大上了起來。畢竟量子力學這東西聽上去還是有那麼一點兒唬人的。
但有一種量子材料，它不需要巨大的工廠，昂貴的儀器，精妙的技法，只需要一口鍋，在家裡就能做出來。它就是——量子點材料。
01
是個啥？
當我們遇見一個沒有聽過的名詞時，不妨先來一套科學的“素質三連”：是個啥？有啥用？怎麼做？
那這量子點是個啥東西呢？
顧名思義，
量子點，就是能展現出量子性質的“點”。
當然，這個“點”並不是真正的零維的點，
而是這種材料的尺寸非常小的意思。
量子點的尺寸通常在幾奈米到幾十奈米，這麼小的尺寸足以讓量子點展現出諸如量子隧穿、庫倫阻塞等量子性質。
細胞上的硫化鎘量子點 | 來源：參考資料［1］
實際上，量子點就是一團具有特定結構的原子團簇，它們激發出來的激子量子態會在空間三個方向上都被束縛住（激子：電荷和空穴在庫侖作用下形成的束縛態）。
這種束縛作用很像自然界中三維狀態下原子對電子的束縛作用，因此量子點也會被稱為人造原子。
根據組成量子點主要元素的不同，可以將量子點分為矽量子點、鍺量子點、硫化鎘量子點、硒化鎘量子點、碲化鎘量子點、硒化鋅量子點、硫化鉛量子點、硒化鉛量子點、磷化銦量子點以及砷化銦量子點等。不同量子點的製備方式不同，也可以展現出不同的性質。
02
有啥用？
量子點有啥用？
這要從量子點的性質開始說起。
量子點的性質介於半導體和離散的原子分子之間。
在半導體中，電子吸收光子，從價帶躍遷至導帶，並在價帶中留下空穴，這一對電子和空穴會在庫侖作用束縛下形成激子。
當組成激子的電子和空穴回到對應的基態時，激子的能量便會以光子的形式放出，便形成了熒光。
激子能級示意圖 | 來源：參考資料［1］
之前提到，量子點中同樣會有激子，
在量子點中的激子也會將能量以光子的形式放出，因此量子點通常都能發出熒光。
並且量子點的光電性質通常會隨著尺寸和形狀的變化而變化，
直徑為5-6奈米的大量子點發射出更長波長的熒光，
如橙光或紅光；
較小的量子點(2-3奈米)發射較短波長的光，
產生像藍光和綠光這樣的顏色的光。量子點這一優秀的可調控發光性質，使其在光電領域有著廣闊的應用前景。
同一束光激發之下不同尺寸的量子點發出不同顏色的光 | 來源：參考資料［1］
量子點的潛在應用包括但不限於單電子電晶體，太陽能電池，發光二極體，鐳射，單光子源，量子計算，細胞生物學研究，顯微鏡以及醫學成像。
特別是在顯示器領域，量子點有著獨特的優勢。
與傳統顯示器的不同在於，量子點顯示器使用的是藍色LED光源，前面已經介紹了，不同大小的量子點可以產生不同顏色的光，藍色LED光經過相應量子點之後，被分別轉化成紅光或者綠光，再加上空白畫素直接顯示的藍光，便有了紅、綠、藍的RGB光，進而組合出所需要的各種顏色。
早在2006年6月份，概念版的量子點顯示器便得到了提出，2013年更是有了真正的商用量子點顯示器，
小夥伴們家裡擺著的沒準兒就是量子點顯示器哦~
03
怎麼做？
鋪墊了這麼多，終於到了我們開頭講的問題：
怎麼製備量子點材料？
目前量子點材料的製備方法大致可以分為三種：
化學溶液生長法、外延生長法以及電化學法。
不同的方法適用於不同種類的量子點生長。我們一個一個來說。
首先是化學溶液生長法，小編喜歡把這種方法叫做“大鍋燜煮法“，這種方法就是將原料按照一定比例放在化學溶液中，保持一定溫度加熱一段時間，便可以得到量子點，簡單安全又高效，並且通常對環境的破壞非常少，是很常見的一種製備方法。
這裡便不得不提到一種量子點材料——
碳量子點材料。
它的特殊之處在於，製備原料、方法都太簡單了。
果汁、牛奶、蛋清、維生素C、葡萄糖、草葉等等，都可以作為碳量子點的製備原料，
製備過程對溫度的要求也不高。
小夥伴們平時吃剩的糖醋排骨不要扔，拿出來放在紫外燈光下照一照，如果看到了熒光點，那就是碳量子點。
相簿版權圖片，不授權轉載
外延生長法，又可分為分子束外延生長法以及化學氣相沉積法，
其原理都是控制原料在特定襯底表面反應沉積，從而得到量子點。
用這種方法制備得到的量子點可調控性比較高，特別是分子束外延生長，在超高真空環境中生長，得到產物的純度會很高；
缺點就是製備成本比較昂貴，釋放的氣體可能會汙染環境。
除了量子點之外，改變生長溫度、時間等引數，可以讓產物在襯底上進一步生長，從而得到一維奈米管材料或者二維薄膜材料。
電化學法，以特定原料作為電極，並透過特定電解液形成電路，透過施加一定的交變電壓便可以將量子點從原料電極上剝離下來。
這種方法產率高，環境破壞小，缺點就是適用製備的量子點種類有限。
除了這三種方法，還有其他很多製備量子點的方法，如電弧放電法、鐳射銷蝕法、燃燒法、等離子體合成法等等，不同方法互有優劣，適用製備的量子點種類不同，不同方法制備得到的同種量子點性質也會有所區別。
量子點材料聽起來這麼高階，做個飯居然就能做出來。這下子不得不多吃幾次糖醋排骨了呢。
參考文獻：
［1］ Quantum dot - Wikipedia
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［4］李婷，唐吉龍，方芳，房丹，方鉉，楚學影，李金華，王菲，王曉華，魏志鵬。碳量子點的合成、性質及其應用［J］。功能材料，2015，46（09）：9012-9018+9025。
作者｜中科院物理所新媒體中心
稽核｜羅會仟 中國科學院物理研究所 研究員
出品｜科普中國-星空計劃（創作培育）