去年10月，諾貝爾物理學獎頒給了（le）發明藍光發光二極管的數位日裔科學家（jiā），“白熾燈點亮（liàng）了20世紀，LED點亮了21世紀”，從頒獎（jiǎng）詞（cí）看出，發光二極管即LED是公認的下一代顯示（shì）與照明技術的（de）核心器件。幾十天（tiān）後，一篇（piān）來（lái）自中國科學家的論文在《自（zì）然》上發表，報道了在量子（zǐ）點（diǎn）發光二極（jí）管領域（yù）取得的重要研究進（jìn）展。

　　量子點能大大提高二（èr）極管的發光性能

　　“發光材料對人類的重要性，決定了量子點會（huì）成為明星材料。”彭笑剛（gāng）認（rèn）為。

　　光是能量的一種形式，當物質中的電子（zǐ）從一個高（gāo）能級躍遷到一個相對較低的空能級，能量就會被釋放——如果這份能（néng）量以光的形式表現出來，就會看到這個物質在發光。

　　科研人員解釋（shì）說（shuō），在半導體（tǐ）材料中，如果電子掉進空能級的空穴，就會發出光子（zǐ），這被稱為（wéi）“電子（zǐ）空穴複（fù）合”。然而，能複合的電子和空穴在（zài）物質中並不是常存在的，複合過程需要電激發或光激發。發光二（èr）極管就是電激發的發光器件。

　　發（fā）光二極管通電時，電子和空穴在（zài）電場作用下發生遷移，它們在相遇時有（yǒu）可能（néng）發生（shēng）複合，但這個過程並（bìng）不（bú）容易。它們要有緣邂逅，發生相互作用形成“電子—空穴對”，最終才能（néng）在適合條件下複合，發（fā）出幸福的象征——光子。

　　為了（le）保證一個較高的複合（hé）效率（lǜ），科研人（rén）員常會提供一個複合介（jiè）質，也就是“發光（guāng）材（cái）料”。在這類材料裏（lǐ）安（ān）排電子和（hé）空（kōng）穴“相親”，成功（gōng）幾率會大大提高。學（xué）名叫“可溶的無（wú）機半導（dǎo）體納米晶”，簡稱為溶（róng）液納米晶的量子點，正是非常優（yōu）異的發光介質，隻要電子和空（kōng）穴一對一的進（jìn）入（rù）到量子（zǐ）點，就會複合發光，發光量子效率（lǜ）可以高達100%。

　　彭笑剛課題組正是合成了一種適合於LED的量子點發光材料，然後與浙江大學金（jīn）一政課題組合作做成了新型的量子點發光二極管。同時精巧地設計了結構，讓電子減（jiǎn）緩“步伐”，空穴則加快腳步，促成電子與空穴的有效相會，大大提升了量子點發光二極管的高效（xiào）率發光性能和穩定性。

　　這也恰恰解決了彭笑剛所認為的兩個關鍵問題——要讓量子點發光（guāng）二極管達到現實應用（yòng）水平，一是（shì）怎（zěn）樣量身定製適用於LED的（de）量子點（diǎn）材料;二是怎（zěn）樣設計其結構，以達到最大的電光轉換效率。

　　至（zhì）關重要的量子（zǐ）點，究竟（jìng）是一種什麽材料呢?

　　不同尺寸的量子點，能表現不同的顏色

　　“量子點是一種納米尺寸的半（bàn）導體晶體，它的三維尺寸都在100納米以下。把它們放入溶液，從此人類（lèi）有了一類全新的材料（liào），它們具有晶體和溶液的雙重性質。從化（huà）學角度講，甚至是一類全新的分子;從材料的前途看（kàn），它代表著很多新的可能性。”彭笑剛（gāng）說。

　　量子點的大小（xiǎo），大概是一根頭發絲直徑的十萬分（fèn）之一，人眼已經無法看到。正是在納米尺度，量子點表現出了量子效應——當這些（xiē）半導體晶體（tǐ）做到小到納米（mǐ）尺度，不同的尺寸就可以（yǐ）發出不同顏色的光，即使是尺寸相差（chà）幾個或十幾個原子。而通過調整量子點的尺寸，就能得到所需顏色的光。比如硒化鎘這種半導體納米晶，在（zài）2納米時發出的是藍色光，到8納米的（de）尺寸時（shí）發出的就是紅色光，中間的尺寸呈現綠色黃色橙色等。

　　“使用不同（tóng）尺寸的量子點，我們將會看到不同的顏色，而且色彩非常鮮豔。”參與課題合作的杭州納晶科技公（gōng）司的趙飛博士說，量（liàng）子點的名字（zì），也正是來源於半導體納米晶的（de）量子（zǐ）尺寸效應。

　　長期以來，量子點的合成依賴於一些特別活潑（pō）的、毒性特別高的物質（zhì），見到空氣就會爆炸，必（bì）須保存在冰箱裏。彭笑剛在國外時較早的貢獻在於，找到了一種“綠色”有機溶劑路線，隻要有一個普通的化學合成實驗室（shì）就可以做（zuò）量子點的簡便合成。之（zhī）後，又進一步（bù）係統探索了量子點生長機理，使得相對高質量的量子點（diǎn）的範圍逐步擴大（dà）到多種類半導體。很快，這條“綠色”路線在全世界推廣。

　　“最後找到的方法，就是通過理解晶體生長的特殊機製，用常見的（de）化學品取代昂貴（guì）的不穩定原料。科學（xué）就（jiù）是這麽（me）回事，沒找到之前一頭霧水，找到之後覺得挺簡單。”彭笑剛說。