人造原子-量子点

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1、人造原子-量子点什么是量子点？·量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略的说，量子点的三个维度的尺寸都在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在21世纪的纳米电子学上有极大的应用潜力。什么是量子点？若要严格定义量子点，则必须由量子力学出发。电子的物质波特性取决于其费米波长。λF= 2π /kF在一般的材料中，电子的波

2、长远小于材料的尺寸，因此量子局限效应不显著。如果将某一个维度的尺寸缩到小于一个波长，此时电子只能在另外两个维度所构成的二维空间中自由运动，这样的系统我们称之为量子井；如果我们再将另一个维度的尺寸缩到小于一个波长，则电子只能在一维方向上运动，我们称之为量子线；当三个维度的尺寸都缩到一个波长以下时，就成为量子点了。由此可知，真正的关键尺寸是由电子在材料内的费米波长决定。量子点的制备方法目前，量子点的制备方法主要有以下四种.1.化学溶胶法：以化学溶胶方式合成，可制作复层量子点，过程简单，且可大量生产。量子点的制备方法2.自组成法：采用分子

3、束磊晶或化学气相沉积过程，并利用晶格不匹配的原理，使量子点在特定基材表面自聚生长，可大量生产排列规则的量子点。在GaAs基材上以自组成法生长InAs量子点的STM影像量子点的制备方法3.微影蚀刻法：以光束或电子束直接在基材上蚀刻制作出所要之图案，由于相当费时因而无法大量生产。以GaAs基材蚀刻窄圆柱式量子点之SEM影像量子点的制备方法4.分闸法：以外加电压的方式在二维量子井平面上产生二维局限，可控制闸极改变量子点的形状与大小，适合用于学术研究，无法大量生产。分闸法产生量子点之SEM图像量子点的性质和用途量子点可视为电子物质波的共振腔

4、，电子在量子点内会有类似电磁波在一般共振腔中的共振现象。当局限位能壁较薄时，量子点中的电子可因为穿隧效应而逃离，我们称之为开放式量子点，类似一个开放式共振腔，此时电子能级不再式稳态，而是一种准稳态，电子停留在准稳态约一个生命周期后，就会逃离量子点。量子点的性质和用途量子点的用途相当广泛，例如：可用于蓝光辐射、光感测元件、单电子晶体、记忆储存、触媒以及量子计算等，在医疗上更利用各种光波长不同的量子点制成荧光标签，成为生物检测用的“纳米条码”。量子点在生物上的应用量子点通常以CdSe为核、CdS或ZnS为壳的核-壳型纳米体，与传统的有机

5、染料相比，它有其独特的性质：量子点具有较大的斯托克位移和狭窄对称的荧光谱量子点在生物上的应用量子点在生物上的应用将不同荧光特征的量子点组合进内部镂空的高分子小球,从而形成具有不同光谱特征和亮度特征的可标记到生物大分子上的荧光纳米球。Taylor等人用纳米球标记的蛋白质来测定拉直的单个DNA分子，EcoRI酶能与20nm大小的荧光纳米球通过酰胺键结合，通过12个氢键识别双螺旋DNA分子的特定顺序量子点在生物上的应用量子点在生物上的应用·温度的高低直接影响到量子点颗粒的大小，一般情况T越高，制得量子点的颗粒越小，发出的荧光波长越短，因此

6、颗粒大小不同的量子点，可以显示出不同的颜色：量子点在生物上的应用用于追踪神经细胞膜中的氨基乙酸受体的活动性及扩散性生物芯片技术：量子点色彩的多样性满足了对生物高分子（蛋白质、DNA）所蕴含海量信息进行分析的要求：将聚合物和量子点结合形成聚合物微珠，微珠可以携带不同尺寸（颜色）的量子点，被照射后开始发光，经棱镜折射后传出，形成几种指定密度谱线（条形码），这种条形码在基因芯片和蛋白质芯片技术中有光明的应用前景幻彩量子点制防伪钞票·由于量子点的大小反射出不同颜色的可见光（2nm的量子点可反射出绿光，5nm则反射出红光），美国曼彻斯特大学化

7、学教授奥布赖恩有意用它来制造新的防伪钞票上的条码。探测DNA及蛋白质的性质·研究人员已经能够把多种量子点的混合物封装进百万分之一米直径的橡胶球内，这些橡胶小球会放射出不同颜色的光。研究人员可以用这些橡胶小球分别标记不同的基因序列或抗体，方便研究人员辨认不同的DNA或抗体蛋白,为进一步探测DNA或抗体蛋白的性质提供了一种新的方法。谢谢