上海麦克林生化科技股份有限公司

       量子点( QD ) 或半导体纳米晶体是尺寸为几纳米的半导体粒子，其光学和电子特性通过量子力学效应与较大粒子的特性不同。当量子点被紫外线照射时，量子点中的电子可以被激发到更高能量的状态。对于半导体量子点而言，该过程对应于电子从价带到导带的跃迁。激发的电子可以落回价带，将其能量释放为光。当量子点中的能带结构不再明确时，光的颜色取决于导带和价带之间的能量差，或者取决于离散能态之间的跃迁。

       用紫外线照射的胶体量子点，由于量子限制，不同大小的量子点会发出不同颜色的光。

       麦克林提供各类量子点实验试剂及其衍生产品，具有纯度等级高、生产工艺先进、支持研发定制等特点，能被广泛适用于各类科研项目、研究实验中，欢迎选购。

       本文通过以下几点介绍麦克林量子点相关实验试剂的产品特性及应用：

        1. 光学特性

        2. 合成与制备

        3. 半导体中的量子限制

        4. 麦克林量子点试剂介绍

光学特性

       量子点的光学特性主要为带隙可调性。当电子被激发到导带时，它会在价带中留下一个空位，称为空穴。这两个相反的电荷通过库仑相互作用结合在一起，形成所谓的激子，它们的空间分离由激子玻尔半径定义。在与激子玻尔半径尺寸相当的纳米结构中，激子在物理上被限制在半导体内，从而导致材料的带隙增加。可以使用 Brus 模型预测这种依赖性。

       上图是激子实体中激发电子和空穴以及相应能级的简化表示。所涉及的总能量可以看作是带隙能量、激子中库仑引力所涉及的能量以及激发电子和空穴的限制能的总和。

       由于限制能取决于量子点的尺寸，因此可以通过在合成过程中改变量子点的尺寸来调整吸收开始和荧光发射。点越大，其吸收开始和荧光光谱越红（能量越低）。相反，较小的点吸收和发射蓝（能量越高）的光。

合成与制备

       合成量子点的方法有很多种。主要方法包括胶体合成、等离子合成、病毒组装和电化学组装等。

      胶体合成

       胶体半导体纳米晶体由溶液合成，与传统化学过程非常相似。主要区别在于产品既不会以块状固体形式沉淀，也不会保持溶解状态。在高温下加热溶液，前体分解形成单体，然后单体成核并产生纳米晶体。温度是确定纳米晶体生长最佳条件的关键因素。温度必须足够高，以便在合成过程中允许原子重新排列和退火，同时又要足够低以促进晶体生长。单体浓度是纳米晶体生长过程中必须严格控制的另一个关键因素。纳米晶体的生长过程可以发生在两种不同的状态下：“聚焦”和“散焦”。在高单体浓度下，临界尺寸（纳米晶体既不生长也不收缩的尺寸）相对较小，导致几乎所有粒子都会生长。在这种情况下，较小的粒子比大粒子生长得更快（因为较大的晶体比小晶体需要更多的原子来生长），导致尺寸分布集中，产生几乎单分散的粒子的不可能分布。当单体浓度保持为平均纳米晶体尺寸始终略大于临界尺寸时，尺寸集中是最佳的。随着时间的推移，单体浓度降低，临界尺寸变得大于平均尺寸，分布变得不集中。

高温胶体合成技术的示意图

      等离子合成

       等离子体合成已发展成为生产量子点（尤其是具有共价键的量子点）最流行的气相方法之一。例如利用非热等离子体合成了硅和锗量子点。 在非热等离子体中，量子点的尺寸、形状、表面和成分都可以控制。对于量子点来说，似乎颇具挑战性的掺杂也已在等离子体合成中实现。等离子体合成的量子点通常为粉末形式，可以对其进行表面改性。 这可以使量子点在有机溶剂或水中实现优异的分散。

混合核/壳纳米粒子的微波等离子体合成设置方案

半导体中的量子限制

       量子点中单个粒子的能级可以用盒子模型来预测，其中状态的能量取决于盒子的长度。对于量子点内的激子，带负电的电子和带正电的空穴之间也存在库仑相互作用。通过比较量子点的大小和激子玻尔半径，可以定义三种状态： 

       （1）在“强限制状态”下，量子点的半径比激子玻尔半径小得多，限制能大于库仑相互作用。

       （2）在“弱限制”状态下，量子点大于激子玻尔半径，限制能小于电子和空穴之间的库仑相互作用。

       （3）激子玻尔半径和限制势相当的状态称为“中等限制状态”。

      带隙能量

       在强限制区，能级分裂后，带隙会变得更小。激子玻尔半径可表示为：

       其中aB  = 0.053 nm 是玻尔半径，m是质量，μ是约化质量，ε r是尺寸相关的介电常数（相对介电常数）。这导致总发射能量增加（强限制状态下较小带隙中的能级总和大于弱限制状态下原始能级带隙中的能级），并且各个波长的发射增加。如果 QD 的尺寸分布不够尖锐，则多个发射波长的卷积会以连续光谱的形式被观察到。

      约束能量

       激子实体可以用盒子中的粒子来建模。电子和空穴可以看作玻尔模型中的氢，其中氢原子核被带正电荷和负电子质量的空穴所取代。然后，激子的能级可以表示为基态（ n = 1）盒子中粒子的解， 其中质量被约化质量所取代。因此，通过改变量子点的尺寸，可以控制激子的限制能。

麦克林量子点试剂介绍

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