量子點(diǎn) （quantum dot）是準(zhǔn)零維 （quasi-zero-dimensional） 的納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。粗略地說，量子點(diǎn)三個維度的尺寸都在 100nm以下，外觀恰似一極小的點(diǎn)狀物，其內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動都受到局限，所以量子局限效應(yīng) （quantum confinement effect）特別顯著。由于量子局限效應(yīng)會導(dǎo)致類似原子的不連續(xù)電子能階結(jié)構(gòu)，因此量子點(diǎn)又被稱為「人造原子」（artificial atom）?？茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)明許多不同的方法來制造量子點(diǎn)，并預(yù)期這種奈米材料在二十一世紀(jì)的納米電子學(xué) （nanoelectronics）上有極大的應(yīng)用潛力。但并非小到 100 nm 以下的材料就是量子點(diǎn)，真正的關(guān)鍵尺寸是由電子在材料內(nèi)的費(fèi)米波長來決定。一般而言，電子費(fèi)米波長在半導(dǎo)體內(nèi)較在金屬內(nèi)長得多，例如在半導(dǎo)體材料砷化鎵 GaAs （100）中，費(fèi)米波長約 40nm，在鋁金屬中卻只有 0.36 nm。

領(lǐng)域一：能源領(lǐng)域的應(yīng)用

量子點(diǎn)制備的初衷即為能源應(yīng)用。隨著工業(yè)發(fā)展，當(dāng)今能源需求日益増加，如何解決能源危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前熱口。相較其它方面而言，太陽能屬于蘊(yùn)藏量巨大且可再生資源，同時也是環(huán)保無污染資源。因此如何有效的開發(fā)太陽能電池是目前在能源利用方面千分重大的課題。目前最常見的珪晶太陽能電池受限于熱載流子的濃度，其上限很難超過32%，然而量子點(diǎn)作為窄帶隙材料，可以大幅度提高光能利用率，增加太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。量子點(diǎn)太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，一是量子點(diǎn)擁有較高的載流子遷移率，可以大幅度增加光電轉(zhuǎn)化效率；二是帶隙可調(diào)節(jié)，這不僅可以使激發(fā)光譜覆蓋太陽光譜，增加光能利用率，還可讓量子點(diǎn)在特定環(huán)境中工作。量子點(diǎn)在太陽能電池領(lǐng)域有著巨大的潛力與優(yōu)勢。

領(lǐng)域二：在太陽能電池中的應(yīng)用

量子點(diǎn)太陽能電池是第三代太陽能電池，也是目前最尖端、最新的太陽能電池技術(shù)之一。它主要通過兩個效應(yīng)來大幅度增加光電轉(zhuǎn)換效率：第一個效應(yīng)是來自具有充足能量的單光子激發(fā)產(chǎn)生多激子;第二個效應(yīng)是在帶隙里形成中間帶，可以有多個帶隙起作用，來產(chǎn)生電子空穴對。此外，它還可通過其它效應(yīng)，減緩熱電子-空穴對的冷卻、提高電荷載流子之間的俄歇復(fù)合過程和庫侖耦合、并且通過對于載流子進(jìn)行三維限制，使躍遷過程不必滿足動量守恒，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

量子點(diǎn)太陽能電池有著良好的應(yīng)用前景，其中量子點(diǎn)敏化太陽能電池距離商業(yè)化應(yīng)用最為接近，但真正意義上的量子點(diǎn)太陽能電池，還有待深入研究。

領(lǐng)域三：在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用

量子點(diǎn)技術(shù)能發(fā)揮用途的領(lǐng)域主要有：LED、太陽能電池和生物-醫(yī)學(xué)標(biāo)記三個。但我個人認(rèn)為真正能夠比較快的進(jìn)入到人類生活的還是LED照明領(lǐng)域。

第一代量子點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用是”光致發(fā)光“元件。在藍(lán)光LED前面加上分布有綠色和紅色量子點(diǎn)的膜，就可以發(fā)出液晶顯示器所需要的白色背光。量子點(diǎn)白光背光源和傳統(tǒng)白光背光源相比，紅、綠、藍(lán)三原色的色純度很高，在光譜圖中看就是有三個非常明顯的”峰“，而不是普通LED背光源那樣是一片平坦而連續(xù)的白光。

發(fā)光的量子點(diǎn)主要解決了傳統(tǒng)液晶顯示色域過小的致命問題。即便是目前行業(yè)里最新的BT2020色域，量子點(diǎn)理論上也可以做到接近100%。現(xiàn)在市面上的量子點(diǎn)電視（聚合閱讀）機(jī)色域基本可以達(dá)到BT2020的65%-90%不等（普通液晶屏幕，包括蘋果手機(jī)屏幕，只能覆蓋50%左右的BT2020色域）。

領(lǐng)域四：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

量子點(diǎn)最有前途的應(yīng)用領(lǐng)域是在生物體系中作為熒光探針。理想的熒光探針必須能夠與相應(yīng)的細(xì)胞發(fā)生特異性的結(jié)合，通常熒光探針要滿足以下要求：

a）必須具有足夠的穩(wěn)定性;

b）必須具有水溶性;

c）低毒或無毒，而且不損傷細(xì)胞;

d）必須具有足夠強(qiáng)的熒光以便能滿足于觀察和研究。

而利用量子點(diǎn)作為熒光探針恰恰具備了以上的所有特點(diǎn)。量子點(diǎn)技術(shù)，因其所擁有的獨(dú)特的標(biāo)記特點(diǎn)，必將成為今后生物分子檢測的尖端技術(shù)，從而推動生物顯像技術(shù)和生物制藥技術(shù)的迅速發(fā)展，給疾病的診斷和治療帶來巨大進(jìn)步。目前，結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)，將量子點(diǎn)標(biāo)記用于微流控芯片免疫分析也是一個方興未艾的研究方向。

領(lǐng)域五：生物領(lǐng)域的應(yīng)用

量子點(diǎn)在生物上的應(yīng)用最為廣泛也最為成熟，主要分為細(xì)胞成像和分子示蹤這兩方面。

細(xì)胞成像

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)己經(jīng)到了一個全新的高度，研充者不僅可以定量研究藥物的療效，甚至能夠?qū)崟r監(jiān)測藥物的作用機(jī)制，因此，相應(yīng)的細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)便成了至關(guān)重要的技術(shù)手段。與傳統(tǒng)熒光材料相比，量子點(diǎn)具有寬吸收譜、窄熒光譜、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，而能更好的應(yīng)用于生物標(biāo)記、細(xì)胞成像。

分子示蹤

相較于細(xì)胞標(biāo)記，分子示蹤對技術(shù)要求更進(jìn)一步。在實(shí)際臨床上，研究者不僅可以檢測細(xì)胞的動向，同時可以定向研究藥物在病體中的趨勢，具有實(shí)時分析的重要意義。