Kvantiniai taškai. Quantum dot LED – nauja ekranų gamybos technologija

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... atrodytų, kad paskutinis dalykas, kurio šiuo metu televizijos pramonei reikia, yra dar vienas techninis akronimas. Tačiau progreso sustabdyti negalima, sutikite dar porą raidžių – QD (arba Quantum Dot). Iš karto norėčiau pažymėti, kad terminas „kvantiniai taškai“ fizikoje turi platesnę reikšmę nei reikalaujama televizoriams. Tačiau, atsižvelgiant į dabartinę nanofizikos madą, didelių korporacijų rinkodaros specialistai mielai pradėjo taikyti šią sudėtingą mokslinę koncepciją. Taigi nusprendžiau išsiaiškinti, kokie tai yra kvantiniai taškai ir kodėl visi norėtų įsigyti QD televizorių.

Pirma, šiek tiek mokslo supaprastinta forma. „Kvantinis taškas“ yra puslaidininkis, kurio elektrinės savybės priklauso nuo jo dydžio ir formos (wiki). Jis turi būti toks mažas, kad būtų ryškūs kvantinio dydžio efektai. Ir šiuos efektus reguliuoja būtent šio taško dydis, t.y. skleidžiamo, pavyzdžiui, fotono energija - iš tikrųjų spalva - priklauso nuo „matmenų“, jei šis žodis tinka tokiems mažiems objektams.

Dar vartotojiškesne kalba kalbant, tai mažytės dalelės, kurios apšviestos pradės švytėti tam tikrame spektre. Jei jie bus užtepti ir „įtrinti“ ant plonos plėvelės, tada apšviesta, plėvelė pradės ryškiai šviesti. Technologijos esmė ta, kad šių taškų dydį lengva valdyti, o tai reiškia tikslios spalvos pasiekimą.

Tiesą sakant, ne taip svarbu, kokį pavadinimą pasirenka didelės korporacijos, svarbiausia, ką jis turėtų suteikti vartotojui. O štai pažadas visai paprastas – patobulintas spalvų perteikimas. Norėdami geriau suprasti, kaip „kvantiniai taškai“ tai suteiks, turite prisiminti LCD ekrano dizainą.

Šviesa po kristalu

LCD televizorių (LCD) sudaro trys pagrindinės dalys: baltas foninis apšvietimas, spalvų filtrai (šviesą atskiriantys į raudoną, mėlyną ir žalią spalvas) ir skystųjų kristalų matrica. Pastarasis atrodo kaip mažų langų tinklelis – pikseliai, kurie savo ruožtu susideda iš trijų subpikselių (ląstelių). Skystieji kristalai, kaip ir žaliuzės, gali blokuoti šviesos srautą arba, priešingai, visiškai atsidaryti, yra ir tarpinių būsenų.

Kai balta šviesa, kurią skleidžia LED (LED, šiandien sunku rasti televizorių su liuminescencinėmis lempomis, kaip buvo vos prieš keletą metų), praeina, pavyzdžiui, per pikselį, kurio žalios ir raudonos ląstelės yra uždarytos, tada matome mėlyna spalva. Keičiasi kiekvieno RGB pikselio „dalyvavimo“ laipsnis, todėl gaunamas spalvotas vaizdas.

Kaip suprantate, norint užtikrinti vaizdo spalvų kokybę, reikalingi bent du dalykai: tikslios filtro spalvos ir tinkamas baltas foninis apšvietimas, pageidautina plataus spektro. Būtent su pastaraisiais šviesos diodai turi problemų.

Pirma, jie iš tikrųjų nėra balti, be to, jie turi labai siaurą spalvų spektrą. Tai yra, baltos spalvos spektro plotis pasiekiamas papildomomis dangomis - yra keletas technologijų, dažniausiai naudojami vadinamieji fosforo diodai su geltonos spalvos priedu. Tačiau ši "kvazi balta" spalva vis tiek neatitinka idealo. Jei perleisite jį per prizmę (kaip mokykloje fizikos pamokoje), jis nesuirs į visas tokio pat intensyvumo vaivorykštės spalvas, kaip tai atsitinka su saulės šviesa. Pavyzdžiui, raudona atrodys daug blankesnė nei žalia ir mėlyna.

Suprantama, kad inžinieriai bando ištaisyti situaciją ir sugalvoti sprendimus. Pavyzdžiui, televizoriaus nustatymuose galite sumažinti žalios ir mėlynos spalvos lygius, tačiau tai turės įtakos bendram ryškumui – vaizdas taps blyškesnis. Taigi visi gamintojai ieškojo baltos šviesos šaltinio, kurio skilimas gautų vienodą spektrą su tokio pat sodrumo spalvomis. Čia į pagalbą ateina kvantiniai taškai.

Kvantiniai taškai

Priminsiu, kad jei kalbame apie televizorius, tai „kvantiniai taškai“ yra mikroskopiniai kristalai, kurie šviečia, kai į juos patenka šviesa. Jie gali "degti" daugybe skirtingų spalvų, viskas priklauso nuo taško dydžio. Ir atsižvelgiant į tai, kad mokslininkai dabar išmoko beveik tobulai valdyti jų dydžius keisdami atomų, iš kurių jie susideda, skaičių, galima išgauti būtent tokios spalvos švytėjimą, kokio reikia. Kvantiniai taškai taip pat yra labai stabilūs – jie nesikeičia, o tai reiškia, kad taškas, skirtas šviesti tam tikru raudonos spalvos atspalviu, tą atspalvį išsaugos beveik amžinai.

Inžinieriai sugalvojo technologiją panaudoti taip: ant plonos plėvelės užtepama „kvantinio taško“ danga, kuri sukuriama taip, kad švytėtų tam tikru raudonos ir žalios spalvos atspalviu. Ir šviesos diodas yra įprastas mėlynas. Ir tada kažkas iš karto atspės: „Viskas aišku - yra mėlynos spalvos šaltinis, o taškai duos žalią ir raudoną, o tai reiškia, kad gausime tą patį RGB modelį! Bet ne, technologijos veikia kitaip.

Turime atsiminti, kad „kvantiniai taškai“ yra viename dideliame lape ir jie nėra suskirstyti į subpikselius, o tiesiog sumaišyti. Kai ant plėvelės šviečia mėlynas diodas, taškai skleidžia raudoną ir žalią, kaip minėta aukščiau, ir tik sumaišius visas tris šias spalvas atsiranda idealus baltos šviesos šaltinis. Ir priminsiu, kad aukštos kokybės balta šviesa už matricos iš tikrųjų prilygsta natūraliam spalvų perteikimui žiūrovo akims iš kitos pusės. Mažiausiai, nes jums nereikia daryti korekcijų dėl spektro praradimo ar iškraipymo.

Tai vis dar LCD televizorius

Plati spalvų gama bus ypač naudinga naujiems 4K televizoriams ir 4:4:4 spalvų atrankai, kuri mūsų laukia ateities standartuose. Viskas gerai, bet atminkite, kad kvantiniai taškai neišsprendžia kitų LCD televizorių problemų. Pavyzdžiui, beveik neįmanoma gauti tobulos juodos spalvos, nes skystieji kristalai (tos pačios „žaliuzės“, apie kurias rašiau aukščiau) nesugeba visiškai blokuoti šviesos. Jie gali tik „užsidengti save“, bet ne visiškai užsidaryti.

Kvantiniai taškai skirti pagerinti spalvų atkūrimą, o tai žymiai pagerins nuotraukos įspūdį. Bet tai nėra OLED technologija ar plazma, kur pikseliai gali visiškai sustabdyti šviesos srautą. Tačiau plazminiai televizoriai išėjo į pensiją, o OLED televizoriai vis dar yra per brangūs daugumai vartotojų, todėl vis dar gera žinoti, kad gamintojai netrukus pasiūlys mums naujo tipo LED televizorių, kurie bus rodomi geriau.

Kiek kainuoja „kvantinė televizija“?

Žadama, kad pirmieji Sony, Samsung ir LG QD televizoriai bus parodyti CES 2015 parodoje sausio mėnesį. Tačiau Kinijos „TLC Multimedia“ lenkia kreivę – jie jau išleido 4K QD televizorių ir teigia, kad netrukus jis pasieks Kinijos parduotuves.

Šiuo metu neįmanoma tiksliai įvardyti televizorių su nauja technologija, laukiame oficialių pareiškimų. Jie rašė, kad QD kainuos tris kartus pigiau nei panašaus funkcionalumo OLED. Be to, technologija, kaip teigia mokslininkai, labai nebrangi. Remdamiesi tuo, galime tikėtis, kad „Quantum Dot“ modeliai bus plačiai prieinami ir tiesiog pakeis įprastus. Tačiau manau, kad iš pradžių kainos vis tiek didės. Kaip paprastai būna su visomis naujomis technologijomis.

KURSINIS DARBAS

disciplinoje „Biomedicininiai keitikliai ir jutiklių sistemos“

Kvantiniai taškai ir jų pagrindu sukurti biojutikliai

Įvadas. 3

Kvantiniai taškai. Bendra informacija. 5

Kvantinių taškų klasifikacija. 6

Fotoliuminescenciniai kvantiniai taškai. 9

Kvantinių taškų gavimas. vienuolika

Biojutikliai, naudojantys kvantinius taškus. Jų panaudojimo klinikinėje diagnostikoje perspektyvos. 13

Išvada. 15

Bibliografija. 16

Įvadas.

Kvantiniai taškai (QD) yra izoliuoti nanoobjektai, kurių savybės labai skiriasi nuo tos pačios sudėties birių medžiagų savybių. Reikėtų iš karto pastebėti, kad kvantiniai taškai yra labiau matematinis modelis nei realūs objektai. O taip yra dėl to, kad neįmanoma suformuoti visiškai atskirų struktūrų – mažos dalelės visada sąveikauja su aplinka, būdamos skystoje terpėje arba kietoje matricoje.

Norėdami suprasti, kas yra kvantiniai taškai ir jų elektroninė struktūra, įsivaizduokite senovės Graikijos amfiteatrą. Dabar įsivaizduokite, kad scenoje vyksta jaudinantis spektaklis, o publika prisipildo žmonių, atėjusių pasižiūrėti, kaip vaidina aktoriai. Taigi paaiškėja, kad žmonių elgesys teatre daugeliu atžvilgių panašus į kvantinių taškų (QD) elektronų elgesį. Spektaklio metu aktoriai juda po areną neįsileisdami į publiką, o patys žiūrovai veiksmą stebi iš savo vietų ir nenusileidžia į sceną. Arena yra apatiniai užpildyti kvantinio taško lygiai, o žiūrovų eilės yra sužadinti elektroniniai lygiai su didesne energija. Šiuo atveju, kaip žiūrovas gali būti bet kurioje salės eilėje, elektronas gali užimti bet kurį kvantinio taško energijos lygį, bet negali būti tarp jų. Pirkdami bilietus į spektaklį kasose visi stengėsi gauti kuo geresnes vietas – kuo arčiau scenos. Išties, kas norės sėdėti paskutinėje eilėje, kur net su žiūronu nesimato aktoriaus veido! Todėl prieš spektaklio pradžią susėdus publikai visos apatinės salės eilės būna užpildytos, kaip ir stacionarioje KT, kurios energija yra mažiausia, žemesnius energijos lygius visiškai užima elektronai. Tačiau spektaklio metu vienas iš žiūrovų gali palikti savo vietą, pavyzdžiui, dėl to, kad scenoje per garsiai groja muzika arba jį tiesiog užklupo nemalonus kaimynas, ir persikelti į laisvą viršutinę eilę. Taip kvantiniame taške elektronas, veikiamas išorinės įtakos, yra priverstas pereiti į aukštesnį energijos lygį, kurio neužima kiti elektronai, todėl susidaro sužadinta kvantinio taško būsena. Tikriausiai galvojate, kas nutinka ta tuščia erdvė energijos lygyje, kur anksčiau buvo elektronas – vadinamoji skylė? Pasirodo, per krūvio sąveikas elektronas lieka su juo prijungtas ir bet kurią akimirką gali grįžti atgal, kaip ir pajudėjęs žiūrovas visada gali persigalvoti ir grįžti į biliete nurodytą vietą. Elektronų ir skylių pora vadinama „eksitonu“ iš angliško žodžio „excited“, kuris reiškia „sujaudintas“. Migraciją tarp QD energijos lygių, panašią į vieno iš žiūrovų kilimą ar nusileidimą, lydi elektrono energijos pokytis, kuris atitinka šviesos kvanto (fotono) sugertį arba emisiją, kai elektronas atitinkamai pereina į aukštesnį arba žemesnį lygį. Aukščiau aprašytas elektronų elgesys kvantiniame taške lemia atskirą energijos spektrą, nebūdingą makroobjektams, kuriems QD dažnai vadinami dirbtiniais atomais, kuriuose elektronų lygiai yra atskiri.

Ryšio tarp skylės ir elektrono stiprumas (energija) lemia eksitono spindulį, kuris yra būdingas kiekvienos medžiagos dydis. Jei dalelės dydis yra mažesnis už eksitono spindulį, tada eksitoną riboja jo dydis, o atitinkama surišimo energija žymiai pasikeičia, palyginti su tūrine medžiaga (žr. „Kvantinio dydžio efektas“). Nesunku atspėti, kad pasikeitus eksitono energijai, keičiasi ir sistemos išspinduliuoto fotono energija, kai sužadintas elektronas pasislenka į pradinę vietą. Taigi, gavus monodispersinius koloidinius įvairaus dydžio nanodalelių tirpalus, galima valdyti perėjimų energijas plačiame optinio spektro diapazone.

Kvantiniai taškai. Bendra informacija.

Pirmieji kvantiniai taškai buvo metalo nanodalelės, kurios senovės Egipte buvo susintetintos įvairiems stiklams dažyti (beje, Kremliaus rubino žvaigždės buvo gautos naudojant panašią technologiją), nors tradiciškesni ir plačiau žinomi QD yra GaN puslaidininkių dalelės. auginami ant substratų ir koloidinių CdSe nanokristalų tirpalų. Šiuo metu yra daug žinomų būdų gauti kvantinius taškus, pavyzdžiui, juos galima „iškirpti“ iš plonų puslaidininkinių „heterostruktūrų“ sluoksnių naudojant „nanolitografiją“ arba spontaniškai susiformuoti nanodydžių pavidalu. vienos rūšies puslaidininkinės medžiagos konstrukcijų inkliuzai kito matricoje. Naudojant „molekulinio pluošto epitaksijos“ metodą, esant reikšmingam substrato vienetinės ląstelės ir nusodinto sluoksnio parametrų skirtumui, galima pasiekti piramidinių kvantinių taškų augimą ant substrato, kad būtų galima ištirti medžiagos savybes. kurį akademikas Ž.I Alferovas buvo apdovanotas Nobelio premija. Kontroliuojant sintezės procesų sąlygas teoriškai galima gauti tam tikro dydžio kvantinius taškus su nurodytomis savybėmis.

Kvantiniai taškai galimi ir kaip šerdys, ir kaip šerdies ir apvalkalo heterostruktūros. Dėl mažo dydžio QD savybės skiriasi nuo tūrinių puslaidininkių. Erdvinis krūvininkų judėjimo apribojimas sukelia kvantinio dydžio efektą, išreikštą atskira elektroninių lygių struktūra, todėl QD kartais vadinami „dirbtiniais atomais“.

Priklausomai nuo jų dydžio ir cheminės sudėties, kvantiniai taškai turi fotoliuminescenciją matomame ir artimame infraraudonųjų spindulių diapazone. Dėl didelio dydžio vienodumo (daugiau nei 95%) siūlomi nanokristalai turi siaurus emisijos spektrus (fluorescencijos smailės pusės plotis 20-30 nm), o tai užtikrina fenomenalų spalvos grynumą.

Kvantiniai taškai gali būti tiekiami kaip tirpalai nepoliniuose organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip heksanas, toluenas, chloroformas, arba kaip sausi milteliai.

QD vis dar yra „jaunas“ tyrimų objektas, tačiau plačios jų naudojimo perspektyvos kuriant naujos kartos lazerius ir ekranus jau yra gana akivaizdžios. QD optinės savybės naudojamos pačiose netikėčiausiose mokslo srityse, kurioms reikalingos medžiagos liuminescencinės savybės, pavyzdžiui, atliekant medicininius tyrimus, jų pagalba galima „apšviesti“ sergančius audinius.

Kvantinių taškų klasifikacija.

Koloidinė kvantinių taškų sintezė suteikia plačias galimybes tiek išgauti kvantinius taškus iš įvairių puslaidininkinių medžiagų, tiek skirtingos geometrijos (formos) kvantinius taškus. Ne mažiau svarbi ir galimybė susintetinti iš skirtingų puslaidininkių sudarytus kvantinius taškus. Koloidiniai kvantiniai taškai pasižymės sudėtimi, dydžiu ir forma.

1. Kvantinė taškinė kompozicija (puslaidininkinė medžiaga)

Visų pirma, kvantiniai taškai yra praktiški kaip liuminescencinės medžiagos. Pagrindiniai reikalavimai puslaidininkinėms medžiagoms, kurių pagrindu sintetinami kvantiniai taškai, yra šie. Visų pirma, tai yra tiesioginio tarpo juostos spektro pobūdis – tai užtikrina efektyvią liuminescenciją, antra, maža efektyvi krūvininkų masė – kvantinio dydžio efektų pasireiškimas gana plačiame dydžių diapazone (žinoma, pagal nanokristalų standartus). Galima išskirti šias puslaidininkinių medžiagų klases. Plataus tarpo puslaidininkiai (oksidai ZnO, TiO2) – ultravioletinis diapazonas. Vidutinės juostos puslaidininkiai (A2B6, pavyzdžiui, kadmio chalkogenidai, A3B5) – matomas diapazonas.

Kvantinių taškų efektyvaus juostos tarpo pokyčių diapazonai

keičiant dydį nuo 3 iki 10 nm.

Paveikslėlyje parodyta galimybė keisti efektyvų juostos tarpą dažniausiai naudojamoms puslaidininkinėms medžiagoms nanokristalų pavidalu, kurių dydis yra 3–10 nm. Praktiniu požiūriu svarbūs optiniai diapazonai matomi 400-750 nm, šalia IR 800-900 nm - kraujo skaidrumo langas, 1300-1550 nm - telekomunikacijų diapazonas

1. Kvantinė taško forma

Be sudėties ir dydžio, jų forma turės rimtos įtakos kvantinių taškų savybėms.

- Sferinis(tiesiogiai kvantiniai taškai) – dauguma kvantinių taškų. Šiuo metu jie turi didžiausią praktinį pritaikymą. Lengviausia gaminti.

- Elipsoidinis(nanorodai) – viena kryptimi pailginti nanokristalai.

Elipsiškumo koeficientas 2-10. Nurodytos ribos yra savavališkos. Praktiniu požiūriu šios klasės kvantiniai taškai naudojami kaip poliarizuotos spinduliuotės šaltiniai. Esant dideliam elipsės koeficientui >50, tokio tipo nanokristalai dažnai vadinami nanolaidais.

- Sudėtingos geometrijos nanokristalai(pvz., tetrapodai). Galima susintetinti pakankamai įvairių formų – kubinių, žvaigždučių ir kt., taip pat šakotas struktūras. Praktiniu požiūriu tetrapodai galėtų būti pritaikyti kaip molekuliniai jungikliai. Šiuo metu jie yra daugiausia akademinio susidomėjimo.

1. Daugiakomponenčiai kvantiniai taškai

Koloidinės chemijos metodai leidžia sintetinti daugiakomponentinius kvantinius taškus iš puslaidininkių, turinčių skirtingas charakteristikas, pirmiausia su skirtingais juostų tarpais. Ši klasifikacija daugeliu atžvilgių yra panaši į tradiciškai naudojamą puslaidininkiuose.

Legiruoti kvantiniai taškai

Paprastai įterptų priemaišų kiekis yra mažas (1–10 atomų viename kvantiniame taške, o vidutinis atomų skaičius kvantiniame taške yra 300–1000). Kvantinio taško elektroninė struktūra nekinta, sąveika tarp priemaišos atomo ir kvantinio taško sužadintos būsenos yra dipolio pobūdžio ir redukuojama iki sužadinimo perdavimo. Pagrindinės legiruojančios priemaišos yra manganas, varis (liuminescencija matomame diapazone).

Kvantiniai taškai, pagrįsti kietaisiais tirpalais.

Kvantinių taškų atveju galimas puslaidininkių kietųjų tirpalų susidarymas, jei stebimas medžiagų abipusis tirpumas tūrinėje būsenoje. Kaip ir tūrinių puslaidininkių atveju, kietų tirpalų susidarymas lemia energijos spektro modifikaciją - efektyvios charakteristikos yra atskirų puslaidininkių verčių superpozicija. Šis metodas leidžia pakeisti efektyvų juostos tarpą esant fiksuotam dydžiui – tai dar vienas būdas valdyti kvantinių taškų charakteristikas.

Kvantiniai taškai, pagrįsti heterosandūromis.

Šis metodas įgyvendinamas šerdies-apvalkalo tipo kvantiniuose taškuose (šerdis sudaryta iš vieno puslaidininkio, apvalkalas – iš kito). Apskritai tai apima kontakto tarp dviejų skirtingų puslaidininkių dalių susidarymą. Pagal analogiją su klasikine heterosandūrų teorija, galima išskirti du šerdies ir apvalkalo kvantinių taškų tipus.

Fotoliuminescenciniai kvantiniai taškai.

Ypač įdomūs yra fotoliuminescenciniai kvantiniai taškai, kuriuose fotonui sugeriant susidaro elektronų skylių poras, o elektronų ir skylių rekombinacija sukelia fluorescenciją. Tokie kvantiniai taškai turi siaurą ir simetrišką fluorescencijos smailę, kurios padėtį lemia jų dydis. Taigi, priklausomai nuo jų dydžio ir sudėties, QD gali fluorescuoti UV, matomoje arba IR spektro srityse.

Kvantiniai taškai, kurių pagrindą sudaro kadmio chalkogenidai, fluorescuoja skirtingomis spalvomis, priklausomai nuo jų dydžio

Pavyzdžiui, kvantiniai taškai ZnS, CDS Ir ZnSe fluorescuoja UV srityje, CdSe Ir CdTe matomame ir PbS, PbSe Ir PbTe artimoje IR srityje (700-3000 nm). Be to, iš minėtų junginių galima sukurti heterostruktūras, kurių optinės savybės gali skirtis nuo pirminių junginių. Populiariausia yra statyti platesnio tarpo puslaidininkio apvalkalą ant šerdies iš siauro tarpo puslaidininkio, pavyzdžiui, ant šerdies. CdSe išauginti lukštą ZnS :

Kvantinio taško, sudaryto iš CdSe šerdies, padengtos epitaksiniu ZnS apvalkalu (sfalerito struktūrinis tipas), struktūros modelis

Šis metodas leidžia žymiai padidinti QD stabilumą oksidacijai, taip pat žymiai padidinti kvantinę fluorescencijos išeigą, sumažinant defektų skaičių šerdies paviršiuje. Išskirtinė QD savybė yra nuolatinis absorbcijos spektras (fluorescencinis sužadinimas) įvairiuose bangos ilgiuose, kurie taip pat priklauso nuo QD dydžio. Tai leidžia vienu metu sužadinti skirtingus kvantinius taškus tuo pačiu bangos ilgiu. Be to, QD turi didesnį ryškumą ir geresnį fotostabilumą, palyginti su tradiciniais fluoroforais.

Tokios unikalios kvantinių taškų optinės savybės atveria plačias perspektyvas juos naudoti kaip optinius jutiklius, fluorescencinius žymenis, fotosensibilizatorius medicinoje, taip pat fotodetektorių IR srityje, didelio efektyvumo saulės elementų, subminiatiūrinių šviesos diodų, baltos šviesos šaltinių gamybai. , vieno elektrono tranzistoriai ir netiesiniai optiniai įtaisai.

Kvantinių taškų gavimas

Yra du pagrindiniai kvantinių taškų gamybos būdai: koloidinė sintezė, atliekama sumaišant pirmtakus „kolboje“ ir epitaksija, t.y. orientuotas kristalų augimas substrato paviršiuje.

Pirmasis metodas (koloidinė sintezė) įgyvendinamas keliais variantais: aukštoje arba kambario temperatūroje, inertinėje atmosferoje organiniuose tirpikliuose arba vandeniniame tirpale, su organiniais metalo pirmtakais arba be jų, su arba be molekulinių grupių, kurios palengvina branduolių susidarymą. Taip pat naudojama aukštos temperatūros cheminė sintezė, atliekama inertinėje atmosferoje, kaitinant neorganinius metalinius pirmtakus, ištirpusius aukštos temperatūros organiniuose tirpikliuose. Tai leidžia gauti vienodo dydžio kvantinius taškus su didele fluorescencijos kvantine išeiga.

Dėl koloidinės sintezės gaunami nanokristalai, padengti adsorbuotų paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių sluoksniu:

Scheminė šerdies ir apvalkalo koloidinio kvantinio taško su hidrofobiniu paviršiumi iliustracija. Siauro tarpo puslaidininkio (pavyzdžiui, CdSe) šerdis pavaizduota oranžine spalva, plataus tarpo puslaidininkio (pavyzdžiui, ZnS) apvalkalas – raudonai, o organinis paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių apvalkalas – juodai.

Dėl hidrofobinio organinio apvalkalo koloidiniai kvantiniai taškai gali būti ištirpinti bet kuriuose nepoliniuose tirpikliuose ir, atitinkamai modifikavus, vandenyje ir alkoholiuose. Kitas koloidinės sintezės privalumas yra galimybė gauti kvantinius taškus mažesniais kiekiais.

Antrasis metodas (epitaksija) - nanostruktūrų formavimas ant kitos medžiagos paviršiaus, paprastai apima unikalios ir brangios įrangos naudojimą, be to, sukuriant kvantinius taškus, „pririštus“ prie matricos. Epitaksijos metodą sunku pritaikyti pramoniniam lygiui, todėl jis mažiau patrauklus masinei kvantinių taškų gamybai.

Biojutikliai, naudojantys kvantinius taškus. Jų panaudojimo klinikinėje diagnostikoje perspektyvos.

Kvantinis taškas - labai mažas fizinis objektas, kurio dydis yra mažesnis už Boro eksitono spindulį, dėl kurio atsiranda kvantiniai efektai, pavyzdžiui, stipri fluorescencija.

Kvantinių taškų pranašumas yra tas, kad juos gali sužadinti vienas spinduliuotės šaltinis. Priklausomai nuo jų skersmens, jie šviečia skirtinga šviesa, o visų spalvų kvantinius taškus sužadina vienas šaltinis.

vardu pavadintame Bioorganinės chemijos institute. Akademikai M.M. Shemyakin ir Yu.A. Ovchinnikov RAS gamina kvantinius taškus koloidinių nanokristalų pavidalu, todėl juos galima naudoti kaip fluorescencines etiketes. Jie labai ryškūs, net su įprastu mikroskopu matosi atskiri nanokristalai. Be to, jie yra atsparūs šviesai – gali ilgai švytėti, kai yra veikiami didelio galingumo tankio spinduliuotės.

Kitas kvantinių taškų privalumas yra tas, kad priklausomai nuo medžiagos, iš kurios jie pagaminti, galima gauti fluorescenciją infraraudonųjų spindulių diapazone, kur biologiniai audiniai yra skaidriausi. Be to, jų fluorescencinis efektyvumas yra neprilygstamas jokiems kitiems fluoroforams, todėl juos galima naudoti įvairiems dariniams biologiniuose audiniuose vizualizuoti.

Pasitelkus autoimuninės ligos – sisteminės sklerozės (sklerodermijos) – diagnozavimo pavyzdį, buvo įrodyta kvantinių taškų galimybė klinikinėje proteomikoje. Diagnozė pagrįsta autoimuninių antikūnų registravimu.

Sergant autoimuninėmis ligomis, paties organizmo baltymai pradeda veikti savo biologinius objektus (ląstelių sieneles ir kt.), o tai sukelia sunkią patologiją. Tuo pačiu metu biologiniuose skysčiuose atsiranda autoimuninių antikūnų, kuriais jie pasinaudojo diagnostikai ir autoantikūnams aptikti.

Yra daug antikūnų prieš sklerodermiją. Kvantinių taškų diagnostikos galimybės buvo pademonstruotos naudojant dviejų antikūnų pavyzdį. Antigenai prieš autoantikūnus buvo dedami ant polimerinių mikrosferų, kuriose yra tam tikros spalvos kvantinių taškų, paviršiaus (kiekvienas antigenas turėjo savo mikrosferos spalvą). Tyrimo mišinyje, be mikrosferų, buvo ir antrinių antikūnų, susijusių su signaliniu fluoroforu. Tada į mišinį buvo įdėtas mėginys ir, jei jame buvo norimas autoantikūnas, mišinyje susidarė kompleksas mikrosfera – autoantikūnas – signalinis fluoroforas.

Iš esmės autoantikūnas buvo jungtis, sujungusi tam tikros spalvos mikrosferą su signaliniu fluoroforu. Tada šios mikrosferos buvo analizuojamos naudojant srauto citometriją. Vienu metu atsirandantis signalas iš mikrosferos ir signalinio fluoroforo yra įrodymas, kad įvyko surišimas ir mikrosferos paviršiuje susidarė kompleksas, įskaitant antrinius antikūnus su signaliniu fluoroforu. Šiuo metu mikrosferos kristalai ir signalinis fluoroforas, susietas su antriniu antikūnu, iš tikrųjų švytėjo.

Abiejų signalų atsiradimas vienu metu rodo, kad mišinyje yra aptinkamas taikinys – autoantikūnas, kuris yra ligos žymuo. Tai klasikinis „sumuštinių“ registravimo būdas, kai yra dvi atpažinimo molekulės, t.y. Įrodyta galimybė vienu metu analizuoti kelis žymenis, o tai yra aukšto diagnozės patikimumo pagrindas ir galimybė sukurti vaistus, leidžiančius ankstyvoje stadijoje nustatyti ligą.

Naudokite kaip biožymes.

Fluorescencinių etikečių, pagrįstų kvantiniais taškais, kūrimas yra labai perspektyvus. Galima išskirti tokius kvantinių taškų pranašumus prieš organinius dažus: galimybė valdyti liuminescencijos bangos ilgį, didelis ekstinkcijos koeficientas, tirpumas įvairiuose tirpikliuose, liuminescencijos stabilumas aplinkai, didelis fotostabilumas. Taip pat galime atkreipti dėmesį į galimybę cheminiu (arba, juo labiau, biologiniu) kvantinių taškų paviršiaus modifikavimu, leidžiančiu selektyviai prisijungti prie biologinių objektų. Dešiniajame paveikslėlyje parodytas ląstelių elementų dažymas naudojant vandenyje tirpius kvantinius taškus, kurie šviečia matomame diapazone. Kairiajame paveikslėlyje parodytas neardomosios optinės tomografijos metodo naudojimo pavyzdys. Nuotrauka daryta artimo infraraudonųjų spindulių diapazone, naudojant į pelę įvestus kvantinius taškus, kurių liuminescencija yra 800–900 nm diapazone (šiltakraujų gyvūnų kraujo skaidrumo langas).

21 pav. Kvantinių taškų naudojimas kaip biožymas.

Išvada.

Šiuo metu medicinos taikymas, naudojant kvantinius taškus, vis dar yra ribotas, nes nanodalelių poveikis žmonių sveikatai nėra pakankamai ištirtas. Tačiau jų naudojimas pavojingų ligų diagnostikai atrodo labai perspektyvus, jų pagrindu sukurtas imunofluorescencinės analizės metodas. O gydant onkologines ligas, pavyzdžiui, jau taikomas vadinamasis fotodinaminės terapijos metodas. Nanodalelės suleidžiamos į naviką, tada jos apšvitinamos, o tada ši energija iš jų perduodama deguoniui, kuris pereina į sužadinimo būseną ir „išdegina“ auglį iš vidaus.

Biologai teigia, kad nesunku sukurti kvantinius taškus, kurie reaguoja bet kokiu bangos ilgiu, pavyzdžiui, artimojo infraraudonųjų spindulių spektre. Tada bus galima rasti giliai kūno viduje pasislėpusių navikų.

Be to, kai kurios nanodalelės gali duoti būdingą atsaką atliekant magnetinio rezonanso vaizdavimą.

Tyrėjų ateities planai atrodo dar labiau viliojantys. Nauji kvantiniai taškai, sujungti su biomolekulių rinkiniu, ne tik suras ir nurodys naviką, bet ir pristatys naujos kartos vaistus tiksliai į vietą.

Gali būti, kad būtent šis nanotechnologijų pritaikymas bus arčiausiai praktinio ir masinio įgyvendinimo, kurį pastaraisiais metais matėme laboratorijose.

Kita kryptis – optoelektronika ir naujo tipo šviesos diodai – ekonomiški, miniatiūriniai, šviesūs. Čia išnaudojami kvantinių taškų privalumai, tokie kaip didelis fotostabilumas (kuris garantuoja ilgalaikį jų pagrindu sukurtų įrenginių veikimą) ir galimybė suteikti bet kokią spalvą (vieno ar dviejų nanometrų tikslumu bangos ilgio skalėje) ir bet kokios spalvos temperatūra (nuo 2 laipsnių Kelvino iki 10 tūkst. ir daugiau). Ateityje šviesos diodai gali būti naudojami monitorių ekranams gaminti – labai ploni, lankstūs, didelio vaizdo kontrasto.

Bibliografija.

1.http://www.nanometer.ru/2007/06/06/quantum_dots_2650.html

1. Tananajevas P.N., Dorofejevas S.G., Vasiljevas R.B., Kuznecova T.A.. CdSe nanokristalų, legiruotų variu, paruošimas // Neorganinės medžiagos. 2009. T. 45. Nr. 4. P. 393-398.
2. Oleynikovas V.A., Sukhanova A.V., Nabievas I.R. Fluorescenciniai puslaidininkiniai nanokristalai

biologijoje ir medicinoje // Nano. - 2007. - P. 160 173.

1. Snee P.T., Somers R.C., Gautham N., Zimmer J.P., Bawendi M.G., Nocera D.G. Ratiometrinis CdSe/ZnS nanokristalinis pH jutiklis // J. Am. Chem. Soc.. - 2006. - V. 128. P. 13320 13321.
2. Kulbachinsky V. A. Puslaidininkių kvantiniai taškai // Soroso edukacinis žurnalas. - 2001. - T. 7. - Nr. 4. - 98 - 104 p.

Parsisiųsti:
Jūs neturite prieigos atsisiųsti failus iš mūsų serverio.

Bet kuri mikroskopinio dydžio medžiaga yra nanodalelė – medžiaga, kurią nanotechnologijų tyrinėtojai naudoja kurdami ir kurdami naujas technologijas, pagrįstas šios mažos formos elementų naudojimu. Skaitome atidžiai, nes reikės šiek tiek įsigilinti į teksto esmę.

Kvantiniai taškai yra nanodalelės, pagamintos iš bet kokios puslaidininkinės medžiagos, tokios kaip silicis, kadmio selenidas, kadmio sulfidas arba indžio arsenidas, kurios švyti tam tikra spalva, kai yra apšviesta šviesa.

Jų švytinti spalva priklauso nuo nanodalelės dydžio. Įdėjus skirtingų dydžių kvantus, kiekviename ekrano pikselyje galima pasiekti raudonos, žalios ir mėlynos spalvos, todėl šiuose pikseliuose galima sukurti visą spalvų spektrą (bet kurią esamą spalvą sukuria maišant šias spalvas).

Kai kvantiniai taškai apšviečiami UV šviesa, kai kurie elektronai įgyja pakankamai energijos, kad išsivaduotų iš atomų. Šis gebėjimas leidžia jiems judėti aplink nanodalelę, sukuriant laidumo zoną, kurioje elektronai gali laisvai judėti per medžiagą ir praleisti elektrą.

Kai elektronai nusileidžia į išorinę orbitą aplink atomą (valentinę juostą), jie skleidžia šviesą. Šios šviesos spalva priklauso nuo energijos skirtumo tarp laidumo juostos ir valentinės juostos.

Kuo mažesnė nanodalelė, tuo didesnis energijos skirtumas tarp valentinės juostos ir laidumo juostos, todėl gaunama gilesnė mėlyna spalva. Didesnėms nanodalelėms energijos skirtumas tarp valentinės juostos ir laidumo juostos yra mažesnis, o tai perkelia emisiją raudonos spalvos link.

Kvantiniai taškai ir ekranai

LCD ekranai turi daug privalumų. Pažvelkime į svarbiausias ir įdomiausias funkcijas, kurias LCD ekranai gavo iš kvantinių taškų.

Didesnis piko ryškumas

Viena iš priežasčių, kodėl gamintojai taip jaudinasi dėl kvantinių taškų, yra galimybė sukurti ekranus, kurių didžiausias ryškumas yra daug didesnis nei naudojant kitas technologijas. Savo ruožtu padidintas didžiausias ryškumas suteikia daug daugiau galimybių naudoti HDR ir Dolby Vision.

Dolby Vision yra vaizdo standartas, turintis didelį dinaminį diapazoną, ty labai didelį šviesos skirtumą tarp ryškiausio ir tamsiausio ekrano taško, todėl vaizdas tampa tikroviškesnis ir kontrastingesnis.

Jei nežinote, kūrėjai nuolat bando vaidinti Viešpatį Dievą ir sukurti tai, ką jis sukūrė (arba kas visa tai sukūrė aplink mus, gal visata?), tik norėdami perkelti į ekraną.

Tai yra, pavyzdžiui, įprasto dangaus ryškumas giedrą dieną yra apie 20 000 nitų (ryškumo matavimo vienetas), o geriausi televizoriai gali užtikrinti maždaug 10 ryškumą. Taigi, „Dolby Vision“ standartas vis dar lenkia kitus, tačiau jiems dar labai toli iki kūrėjo :)

Atitinkamai, kvantinių taškų ekranai yra dar vienas žingsnis ryškesnio vaizdo link. Galbūt kada nors galėsime pamatyti beveik tikrą saulėtekį ir/ar saulėlydį, o gal ir kitus nepakartojamus gamtos stebuklus neišėję iš namų.

Geriausias spalvų perteikimas

Kitas didelis kvantinių taškų pranašumas yra geresnis spalvų tikslumas. Kadangi kiekviename pikselyje yra raudonos, mėlynos ir žalios CT, jis suteikia prieigą prie visos spalvų paletės, o tai savo ruožtu leidžia pasiekti neįtikėtiną bet kokios spalvos atspalvių skaičių.

Padidėjęs mobiliųjų įrenginių akumuliatoriaus veikimo laikas

Kvantinių taškų ekranai žada ne tik puikią vaizdo kokybę, bet ir itin mažas energijos sąnaudas.

Kvantiniai taškai ir Samsung QLED

Televizoriai, pagrįsti „Samsung“ kvantiniais taškais arba paprasčiausiai, iš tikrųjų nėra visiškai pagrįsti kvantiniais taškais, teisingai suprasdami šią technologiją. QLED yra daugiau hibridas, kažkas tarp kvantinių taškų ir LED ekranų. Kodėl? Kadangi šie televizoriai vis dar naudoja LED foninį apšvietimą, o tikrame kvantinio taško ekrane šviesą turi sukurti taškai.

Todėl net jei naujieji Pietų Korėjos milžino televizoriai rodo geriau nei įprasti LED ekranai, jie vis tiek yra ne kvantinių taškų, o televizoriai su kvantiniais taškais vietoj šviesos filtro.

Komentarai:

„Nanotechnologijos“ yra sudėtingos istorijos ir konteksto žodis rusų kalboje, kuris, deja, yra šiek tiek diskredituotas. Tačiau, jei nepaisysime ironiškų socialinių ir ekonominių poteksčių, galime teigti, kad pastaraisiais metais nanotechnologijos iš mokslinės ir teorinės koncepcijos pradėjo vystytis į formas, kurios artimiausioje ateityje gali tapti tikrais komerciniais produktais ir patekti į mūsų gyvenimą.

Puikus to pavyzdys – kvantiniai taškai. Puslaidininkines nanodaleles naudojančios technologijos pamažu atranda pritaikymą visiškai skirtingose ​​srityse: medicinoje, spaudoje, fotovoltikoje, elektronikoje – dalis gaminių vis dar egzistuoja prototipų lygmeniu, kai kur technologija jau dalinai įdiegta, o kai kurie jau naudojami praktiškai.

Taigi, kas yra „kvantinis taškas“ ir su kuo jis valgomas?

Kvantinis taškas yra neorganinės puslaidininkinės medžiagos (silicio, indžio fosfido, kadmio selenido) nanokristalas. „Nano“ reiškia matuojamas dalimis milijardui, o tokių kristalų dydžiai svyruoja nuo 2 iki 10 nanometrų. Dėl mažo dydžio nanodalelėse esantys elektronai elgiasi labai skirtingai nei tūriniuose puslaidininkiuose.

Kvantinio taško energijos spektras yra nevienalytis, jis turi atskirus energijos lygius elektronui (neigiamai įkrautai dalelei) ir skylei. Skylė puslaidininkiuose – tai neužpildytas valentinis ryšys, teigiamo krūvio nešiklis, skaitiniu požiūriu lygus elektronui, atsiranda, kai nutrūksta ryšys tarp branduolio ir elektrono.

Jei susidaro sąlygos, kurioms esant kristale esantis krūvininkas juda iš lygio į lygį, tai šio perėjimo metu išspinduliuojamas fotonas. Keisdami dalelių dydį, galite valdyti šios spinduliuotės sugerties dažnį ir bangos ilgį. Praktiškai tai reiškia, kad priklausomai nuo taško dalelių dydžio, apšvitinus jie švytės skirtingomis spalvomis.

Galimybė kontroliuoti spinduliuotės bangos ilgį per dalelių dydį leidžia gauti stabilias medžiagas iš kvantinių taškų, kurios paverčia jų sugeriamą energiją į šviesos spinduliuotę – fotostabilius fosforus.

Kvantiniais taškais pagrįsti sprendimai yra pranašesni už tradicinius organinius ir neorganinius fosforus daugeliu parametrų, kurie yra svarbūs praktiniams pritaikymams, kuriems reikalinga tiksli, derinama liuminescencija.

Kvantinių taškų pranašumai:

• Fotostabilus, fluorescencines savybes išlaiko keletą metų.
• Didelis atsparumas fotoblukimui: 100–1000 kartų didesnis nei organinių fluoroforų.
• Didelė kvantinė fluorescencijos išeiga – iki 90%.
• Platus sužadinimo spektras: nuo UV iki IR (400 – 200 nm).
• Didelis spalvos grynumas dėl didelių fluorescencijos smailių (25-40 nm).
• Didelis atsparumas cheminiam skilimui.

Kitas privalumas, ypač spausdinant, yra tas, kad iš kvantinių taškų galima gaminti solus – labai dispersines koloidines sistemas su skysta terpe, kurioje pasiskirsto mažos dalelės. Tai reiškia, kad jie gali būti naudojami gaminant sprendimus, tinkamus rašaliniam spausdinimui.

Kvantinių taškų taikymo sritys:

Dokumentų ir gaminių apsauga nuo klastojimo: vertybiniai popieriai, banknotai, asmens tapatybės kortelės, antspaudai, antspaudai, sertifikatai, sertifikatai, plastikinės kortelės, prekių ženklai. Daugiaspalvė kodavimo sistema, pagrįsta kvantiniais taškais, gali būti komerciškai paklausa maisto, farmacijos, chemijos pramonės gaminių, papuošalų ir meno kūrinių spalviniam žymėjimui.

Dėl to, kad skystas pagrindas gali būti vandens pagrindu arba kietinamas UV spinduliais, naudojant rašalą kvantiniais taškais galima pažymėti beveik bet kokį objektą - popieriui ir kitiems sugeriamiesiems pagrindams - vandens pagrindo rašalas, o nesugeriantiems (stiklo). , mediena, metalas, sintetiniai polimerai , kompozitai) – UV rašalas.

Žymeklis medicininiuose ir biologiniuose tyrimuose. Kadangi kvantinių taškų paviršiuje gali būti naudojami biologiniai žymenys, DNR ir RNR fragmentai, reaguojantys į tam tikro tipo ląsteles, jie gali būti naudojami kaip kontrastas atliekant biologinius tyrimus ir diagnozuojant vėžį ankstyvosiose stadijose. , kai navikas dar neaptiktas standartiniais diagnostikos metodais.

Kvantinių taškų naudojimas kaip fluorescencinės etiketės tiriant naviko ląsteles in vitro yra viena iš perspektyviausių ir sparčiausiai besivystančių kvantinių taškų taikymo sričių biomedicinoje.

Vienintelis dalykas, trukdantis masiniam šios technologijos pritaikymui, yra kvantinių taškų kontrastų naudojimo invivo tyrimuose saugumo klausimas, nes dauguma jų yra pagaminti iš labai toksiškų medžiagų, o dydžiai yra tokie maži, kad lengvai prasiskverbia pro bet kokias kūno kliūtis.

Kvantinių taškų ekranai: QLED – LCD ekranų su LED foniniu apšvietimu kūrimo naudojant kvantinius taškus technologija jau išbandyta pirmaujančių elektronikos gamintojų. Šios technologijos naudojimas leidžia sumažinti ekrano energijos sąnaudas, padidinti šviesos srautą lyginant su LED ekranais 25-30%, sodresnių spalvų, aiškų spalvų perteikimą, spalvų gylį, galimybę ekranus paversti itin plonais ir lanksčiais.

Pirmojo ekrano, naudojančio šią technologiją, prototipą „Samsung“ pristatė 2011 m. vasario mėn., o pirmąjį kompiuterio ekraną išleido „Philips“.

Jis naudoja kvantinius taškus, kad iš mėlynų šviesos diodų spinduliuotės spektro išgautų raudoną ir žalią spalvas, o tai užtikrina artimą natūraliai spalvų perteikimą. 2013 metais Sony išleido QLED ekraną, kuris veikia tuo pačiu principu. Šiuo metu ši didelių ekranų gamybos technologija nėra plačiai naudojama dėl didelių gamybos sąnaudų.

Kvantinis taškinis lazeris. Lazeris, kurio darbo terpė yra kvantiniai taškai spinduliavimo srityje, turi nemažai pranašumų, palyginti su tradiciniais puslaidininkiniais lazeriais, pagrįstais kvantiniais šuliniais. Jie turi geresnes charakteristikas pagal dažnių juostą, triukšmo intensyvumą ir yra mažiau jautrūs temperatūros pokyčiams.

Dėl to, kad pakeitus kvantinio taško sudėtį ir dydį, galima valdyti tokio lazerio aktyviąją terpę, tapo įmanoma dirbti tokiais bangos ilgiais, kurie anksčiau buvo nepasiekiami. Ši technologija aktyviai naudojama medicinoje, jos pagalba buvo sukurtas lazerinis skalpelis.

Energija

Taip pat buvo sukurti keli plonasluoksnių saulės elementų modeliai, pagrįsti kvantiniais taškais. Jie pagrįsti tokiu veikimo principu: šviesos fotonai atsitrenkia į fotovoltinę medžiagą, kurioje yra kvantinių taškų, skatinant elektrono ir skylės poros atsiradimą, kurių energija yra lygi arba didesnė už mažiausią energiją, reikalingą elektronui. duotas puslaidininkis, norint pereiti iš surištos būsenos į laisvąją. Keičiant medžiagos nanokristalų dydį, galima keisti fotovoltinės medžiagos „energinį naudingumą“.

Remiantis šiuo principu, jau yra sukurti keli originalūs veikiantys įvairių tipų saulės baterijų prototipai.

2011 m. Notre Dame universiteto mokslininkai pasiūlė titano dioksido pagrindu pagamintus „saulės dažus“, kuriuos užtepus bet koks objektas galėtų tapti saulės elementu. Jis turi gana mažą efektyvumą (tik 1%), tačiau yra pigus gaminti ir gali būti gaminamas dideliais kiekiais.

2014 m. Masačusetso technologijos instituto mokslininkai pristatė saulės elementų gamybos iš itin plonų kvantinių taškų sluoksnių metodą, kurio kūrimo efektyvumas siekia 9 proc., o pagrindinės žinios slypi kvantinių taškų sujungimo technologijoje filmas.

2015 m. Los Alamoso Saulės fotoelektros pažangių technologijų centro laboratorija pasiūlė 3,2% efektyvumo langų-saulės baterijų projektą, kurį sudaro skaidrus liuminescencinis kvantinis koncentratorius, galintis užimti gana didelį plotą ir kompaktiškas. saulės fotoelementai.

Tačiau Amerikos nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) mokslininkai, ieškodami optimalaus metalų derinio, kad būtų galima pagaminti didžiausio kvantinio efektyvumo elementą, sukūrė tikrą našumo rekordininką – jų baterijos vidinis ir išorinis kvantinis efektyvumas bandymų metu buvo 114. % ir 130 % atitinkamai.

Šie parametrai nėra baterijos efektyvumas, kuris dabar rodo palyginti nedidelį procentą - tik 4,5%, tačiau nuotraukų srauto rinkimo optimizavimas nebuvo pagrindinis tyrimo tikslas, kurį sudarė tik efektyviausio elementų derinio parinkimas. . Tačiau verta paminėti, kad prieš NREL eksperimentą nė viena baterija neparodė didesnio nei 100 % kvantinio efektyvumo.

Kaip matome, galimos kvantinių taškų praktinio pritaikymo sritys yra plačios ir įvairios teorinės raidos vienu metu vykdomos keliomis kryptimis. Masiškai juos diegti įvairiose srityse apsunkina daugybė apribojimų: didelė pačių taškų gamybos kaina, jų toksiškumas, netobulumas ir pačios gamybos technologijos ekonominis netikslumas.

Netolimoje ateityje gali plačiai paplisti spalvų kodavimo ir rašalo žymėjimo sistema, pagrįsta kvantiniais taškais. Suprasdama, kad ši rinkos niša dar neužimta, bet yra perspektyvi ir imli žinioms, bendrovė IQDEMY, kaip viena iš savo cheminės laboratorijos (Novosibirskas) tyrimų užduočių, nustatė optimalios UV spinduliuose kietėjančio rašalo formulės kūrimą. ir vandens pagrindo rašalas, kuriame yra kvantinių taškų.

Pirmieji gauti spaudos pavyzdžiai yra įspūdingi ir atveria tolesnes perspektyvas praktiškai tobulinti šią technologiją:

Daugybė naujų rodymo technologijų demonstruojama tarptautinėse parodose, tačiau ne visos jos yra perspektyvios arba turi tinkamų galimybių sėkmingai komerciškai įgyvendinti. Viena malonių išimčių – kvantinių taškų technologija, kuri jau naudojama LCD ekranų foniniame apšvietime. Apie šią techninę naujovę verta pakalbėti plačiau.

Kvantiniai taškai

Kvantiniai taškai yra puslaidininkinių medžiagų nanodalelės. Jų parametrus lemia jų dydis: mažėjant kristalo dydžiui, didėja atstumas tarp energijos lygių. Kai elektronas pasislenka į žemesnį lygį, išspinduliuojamas fotonas. Keisdami taško dydį, galite reguliuoti fotono energiją ir dėl to šviesos spalvą.

Tiesą sakant, tai nėra naujas atradimas, kvantiniai taškai buvo sukurti daugiau nei prieš trisdešimt metų. Tačiau iki šiol jie buvo naudojami tik specialiuose moksliniuose instrumentuose laboratorijose. Griežtai tariant, kvantiniai taškai yra mikroskopiniai elementai, galintys skleisti šviesą siaurame bangos ilgio diapazone. Be to, priklausomai nuo jų dydžio, šviesa gali būti žalia, raudona arba mėlyna.

Keisdami jų dydį, galite tiksliai reguliuoti skleidžiamos šviesos bangos ilgį. Ši technologija, naudojama šiuolaikiniuose televizorių modeliuose, atsirado 2004 m., kai buvo įkurta QD Vision įmonė. Iš pradžių šios tyrimų laboratorijos darbuotojai, žymėdami įvairias biologines sistemas, bandė panaudoti organinius dažus pakeisti kvantiniais taškais, tačiau paskui nusprendė technologiją išbandyti televizoriuose.

Netrukus prie šios idėjos prisijungė ir žinomos įmonės. Visų pirma, 2010 m. mokslininkai kartu su LG dirbo įgyvendindami QLED projektą. Tačiau pati technologijos samprata, susijusi su LCD televizoriais, nuolatos buvo keičiama, kelis kartus keitėsi ir jos darbinis pavadinimas. Po metų, bendradarbiaujant su Samsung, buvo sukurtas spalvoto ekrano prototipas, paremtas kvantiniais taškais. Tačiau jis nepateko į serialą. Naujausias šios koncepcijos įgyvendinimas yra „Sony Color IQ“ technologijos dalis, kuri pristatė „Triluminos“ apšviestą ekraną.

Kaip žinote, visi LCD televizoriai sukuria vaizdą maišydami pagrindines spalvas – raudoną, žalią ir mėlyną (RGB modelis). Kartais pridedama geltona, tačiau tai neturi didelės įtakos vaizdų kūrimo LCD ekrane sistemai. RGB spalvų maišymas LCD televizoriuose atliekamas naudojant spalvų filtrus, o plazminėse plokštėse - dėl fosforo.

Klasikiniuose LCD modeliuose kaip apšvietimas naudojami „balti“ šviesos diodai. Balto spektro spalva, praeinanti per spalvų filtrus, suteikia tam tikrą atspalvį. Pažangesni modeliai naudoja fosforo šviesos diodus, kurie skleidžia šviesą mėlynoje srityje. Tada ši šviesa susimaišo su geltona ir tampa vizualiai balta. Norėdami sukurti ekrane iš panašių baltų spalvų, atitinkamai raudonos, mėlynos ir žalios, naudojami filtrai. Tai gana efektyvu, tačiau vis tiek eikvojama daug energijos. Be to, čia inžinieriai turi ieškoti tam tikro balanso tarp spalvų perteikimo kokybės ir foninio apšvietimo ryškumo.

Kvantinių taškų televizorių privalumai

Prieš dvejus metus „Sony“ pirmą kartą pristatė masinės gamybos televizorių modelius su „Triluminos“ foniniu apšvietimu, kuriuose realizuoti kvantiniai taškai. Tai visų pirma KD-65X9000A. Foninis apšvietimas naudoja mėlynus diodus, tačiau nėra geltono fosforo. Dėl to mėlyna šviesa, nesimaišant, tiesiogiai praeina per specialų IQ elementą, kuriame yra raudoni ir žali kvantiniai taškai. Gamintojas pagrindiniais technologijos pranašumais vadina gilesnį spalvų perteikimą ir ryškumo nuostolių sumažinimą.

Tikimasi, kad, palyginti su LED foniniu apšvietimu, kvantiniai taškai padidins spalvų gamą beveik 50 procentų. Naujųjų Sony televizorių su Triluminos foniniu apšvietimu spalvų gama yra beveik 100 % NTSC, o modeliuose su įprastu foniniu apšvietimu – apie 70 % NTSC. Taigi galima teigti, kad kvantinio taško foninio apšvietimo televizoriai iš tiesų gali pagerinti vaizdo kokybę, todėl spalvų atkūrimas tampa tikroviškesnis.

Bet kiek realiau? Juk žinoma, kad tuose pačiuose Sony televizoriuose vaizdas kuriamas naudojant įprastus filtrus, maišančius spalvas? Į šį klausimą atsakyti gana sunku, daug kas priklauso nuo subjektyvaus vaizdo kokybės suvokimo. Bet kokiu atveju laimingi pirmųjų Sony televizorių su nauju apšvietimu savininkai pastebi, kad vaizdas ekrane atrodo kaip paveikslas, nudažytas grynesnių spalvų dažais.

Tai, kad prie šios technologinės naujovės diegimo iškart prisijungė ir kitos lyderiaujančios įmonės, patvirtina faktą, kad kvantiniai taškai nėra vien tik rinkodaros triukas. „CES 2015“ parodoje „Samsung“ pristatė SUHD televizorius, kuriuose taip pat įdiegta panaši technologija. Pažymima, kad naujieji televizoriai užtikrina aukštesnę vaizdo kokybę už mažesnę kainą nei OLED modeliai. LG ULTRA HD parodoje taip pat pristatė televizorius su kvantinių taškų technologija (Quantum Dot).

Palyginimas su OLED nėra atsitiktinis. Juk daugelis įmonių pirmiausia kreipėsi į OLED technologiją kaip būdą pagerinti šiuolaikinių televizorių vaizdo kokybę, tačiau paleidus juos serijomis susidūrė su jų gamybos problemomis. Tai ypač pasakytina apie OLED televizorius su didelėmis ekrano įstrižainėmis ir itin didele raiška.

Kvantinių taškų pavidalu buvo rastas savotiškas atsarginis variantas - tokių televizorių spalvų gama yra beveik tokia pat gera, kaip ir OLED ekranuose, o pramoninės technologijos plėtros problemų praktiškai nėra. Tai leidžia įmonėms gaminti televizorius, kurie savo vaizdo kokybe konkuruos su OLED technologija, tačiau išliks prieinami daugeliui vartotojų.