量子隧道效应在科技日新月异的今天,对一些行业具有重要指导意义。例如,量子点的量子隧道效应会对微电子器件产生深远影响。微电子器件进一步减小尺寸,就属于微观范畴。这时,量子的隧道效应就会对器件产生影响。电子器件就不能正常工作。
1.2.4量子点性质
由于这些物理效应,也会有许多特别的性质。以下简单列举。
○1量子点的发射光谱可以人为控制。
○2.量子点的光稳定性非常好。
○3.生物相容性好。
○4.量子点荧光寿命长。由于量子点的许多优异性能,所以量子点有很多的应用。在生物标记,晶体管和太阳能电池等领域都大有作为。目前,量子点制成的荧光探针算是量子点在生物体系中最成功的应用。传统的有机染料在经过一定时间后,其荧光性能会大幅度的降低,而量子点的荧光性能却不会随时间而降低。这是因为量子点的发光机制更加独特。例如,仅仅通过量子点的改变尺寸就可以控制荧光发射[5]。此外量子点在半导体器件上也有了大量的应用。
1.2.5量子点制备
经过十多年的探索,有了好多种制备量子点的方法。目前,制备量子点有两大体系。一个体系是在水相体系中合成,另一个体系是在有机体系中合成。
有机金属法是在有机体系中制备量子点主要采用的方法。这种方法主要原理是利用高温。但并不是直接将有机金属直接在高温的作用下直接分解,而是以有机金属的前驱体作为试样。在高温的作用下,前驱体会很快热解并成核,晶核逐渐成为纳米晶粒[6]。纳米晶粒会稳定的存在于溶剂中,不会继续长大。这是由于配体的吸附作用会阻滞晶核生长。胶体量子点就是通过有机金属方法制备的。
有机体系的合成量子点的结构并不是单一的,而是随着技术的发展不断变化,结构不断复杂。量子点的结构总共经历了三次发展:单核结构量子点--核壳式结构量子点--混晶多元量子点。随着量子点的结构不断复杂,其性能也越来越优异。在合成方法上,也越来越环保,并且低成本。一些高毒昂贵的试剂也逐渐被低污染的绿色环保型试剂替代。
虽然在有机相中合成的量子点性能比较优异,但这并不意味着所有的量子点都可以用这种方法合成。例如上文中提到的荧光探针。这是因为在有机体系中,合成的量子点在有机基团的作用下,会表现出油溶性。而荧光探针却不能具有这种性质,因此,探索合适的方法制备荧光探针就显得尤为重要。这时,水相合成制备量子点就有其独特魅力。
在水相体系中合成量子点主要是利用各种稳定剂。1933年TijanaRajh在水溶液直接利用稳定剂合成了CdTe纳米晶,利用稳定剂的制备量子点也就由此开始。目前,研究人员已经发现了很多优良的稳定剂。
除了以上方法外,科学家还发现了其它的量子点制备技术。例如水热法和辅助微波法。
1.3石墨烯量子点
石墨烯量子点是发展是随着石墨烯发现而展开的。并且通过研究发现,石墨烯量子点有很多优异的性能。例如,高迁移率等。这些优异的性能,大多都由于石墨烯量子点的量子点结构。当然,自身的能带宽度也会表现出一些优异性能。由于石墨烯量子点这些优异的性能,在很多行业都有着广泛的应用。例如,生产OLED显示器时,如果加入石墨烯量子点材料,会使得产品的成本很低。并且性能也更加优异。生产太阳能电池的时候,也可以通过加入石墨烯量子点使成本更低。在生物医药领域,石墨烯量子点更是“大显身手”。例如,在医学领域,研究对象时,经常利用荧光标记。但一般的荧光剂会由于过长的激发时间使得荧光失效。但石墨烯量子点却能够提供稳定的荧光光源。我们在制作石墨烯量子点时,利用量子限制和边效应,产生空位缺陷,这种缺陷会为我们提供稳定的荧光光源[7]。自从2004年,石墨烯被发现,石墨烯量子点被大量研究,许多制备石墨烯量子点的方法也逐渐被探索出来。现在,制备方法多种多样。并且随着制备方法的不同,其尺寸也在1-100nm之间。目前,制备出尺寸相对均匀石墨烯量子点有两种方法:一种是自上而下的方法;另一种是自下而上的方法。自上而下的方法其实质就是不断减小粒子尺寸。通过化学或物理的方法将石墨烯薄片切成更小尺寸的石墨烯,并且不断重复此步骤。随着尺寸不断减小,就会生产出石墨烯量子点。其机理就是利用缺陷进行裂解。自下而上的方法的是其实质是通过化学反应制备。以小分子作前体,然后通过一系列化学反应制备。这种方法可以有效的控制石墨烯量子点的大小形状。[8] 液相剥离法制备锑烯量子点(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_205041.html