Pek çok yeni ekran teknolojisi uluslararası sergilerde sergileniyor ancak bunların hepsi uygulanabilir değil veya başarılı ticari uygulama için uygun yeteneklere sahip değil. Hoş istisnalardan biri, LCD ekranların arka aydınlatmasında halihazırda kullanılan kuantum nokta teknolojisidir. Bu teknik yenilik hakkında daha ayrıntılı olarak konuşmaya değer.

Kuantum noktaları

Kuantum noktaları yarı iletken malzemelerin nanopartikülleridir. Parametreleri boyutlarına göre belirlenir: kristalin boyutu azaldıkça enerji seviyeleri arasındaki mesafe artar. Bir elektron daha fazla noktaya hareket ettiğinde düşük seviye, bir foton yayılır. Noktanın boyutunu değiştirerek foton enerjisini ve bunun sonucunda ışığın rengini ayarlayabilirsiniz.

Bu yeni bir keşif değil; aslında kuantum noktaları otuz yıldan fazla bir süre önce yaratılmıştı. Ancak yakın zamana kadar sadece özel olarak kullanılıyorlardı. bilimsel aletler laboratuvarlarda. Kesin olarak konuşursak, kuantum noktaları, dar bir dalga boyu aralığında ışık yayabilen mikroskobik elementlerdir. Üstelik boyutlarına bağlı olarak ışık yeşil, kırmızı veya mavi olabilir.

Boyutlarını değiştirerek yayılan ışığın dalga boyunu hassas bir şekilde düzenleyebilirsiniz. Modern TV modellerinde kullanılan bu teknolojinin tarihi, QD Vision şirketinin kurulduğu 2004 yılına dayanmaktadır. Başlangıçta bu araştırma laboratuvarının personeli, çeşitli biyolojik sistemleri işaretlerken organik boyaların yerine kuantum noktalarını kullanmayı denedi, ancak daha sonra teknolojiyi televizyonlarda denemeye karar verdiler.

Tanınmış şirketler de kısa sürede bu fikre katıldı. Özellikle 2010 yılında araştırmacılar QLED projesinde LG ile birlikte çalıştılar. Ancak LCD TV'lerle ilgili teknoloji kavramı sürekli değişime uğradı, çalışma adı da birkaç kez değişti. Bir yıl sonra Samsung ile işbirliği içinde kuantum noktalarına dayalı renkli ekranın prototipi oluşturuldu. Ancak diziye girmedi. Bu konseptin en son uygulaması, Triluminos arkadan aydınlatmalı ekranı tanıtan Sony'nin Color IQ teknolojisinin bir parçasıdır.

Bildiğiniz gibi tüm LCD TV'ler, temel renkleri (kırmızı, yeşil ve mavi) (RGB modeli) karıştırarak bir görüntü oluşturur. Bazen sarı eklenir, ancak bu, LCD ekranda görüntü oluşturma sistemini önemli ölçüde etkilemez. LCD TV'lerde RGB renk karışımı, renk filtreleri kullanılarak yapılır ve plazma panelleri- fosfor sayesinde.

Klasik LCD modellerinde arka ışık olarak “beyaz” LED'ler kullanılır. Beyaz spektrumundaki renk, renk filtrelerinden geçerek belli bir ton verir. Daha gelişmiş modellerde mavi bölgede ışık yayan fosfor LED'ler kullanılır. Bu ışık daha sonra sarı ile karışarak görsel olarak beyaz hale gelir. Ekranda benzer beyaz renklerden oluşturmak için sırasıyla kırmızı, mavi ve yeşil filtreler kullanılır. Bu oldukça etkilidir ancak yine de çok fazla enerji harcar. Ayrıca mühendislerin burada renksel geriverim kalitesi ile arka ışık parlaklığı arasında belirli bir denge araması gerekiyor.

Kuantum nokta TV'lerin avantajları

İki yıl önce Sony, ilk kez kuantum noktalarının uygulandığı Triluminos arka aydınlatmalı seri üretilen televizyon cihazı modellerini tanıttı. Bu özellikle KD-65X9000A'dır. Arka ışık mavi diyotlar kullanıyor ancak sarı fosfor yok. Sonuç olarak mavi ışık, karışmadan doğrudan kırmızı ve yeşil kuantum noktaları içeren özel bir IQ elemanından geçer. Üretici, teknolojinin ana avantajlarını daha derin renk sunumu ve parlaklık kayıplarının en aza indirilmesi olarak adlandırıyor.

LED arka aydınlatmayla karşılaştırıldığında kuantum noktalarının parlaklıkta artış sağlaması bekleniyor. Renk aralığı neredeyse yüzde 50. Triluminos arka aydınlatmalı yeni Sony TV'lerin renk gamı ​​%100 NTSC'ye yakınken, normal arka aydınlatmalı modeller yaklaşık %70 NTSC'ye sahiptir. Böylece kuantum nokta arkadan aydınlatmalı TV'lerin gerçekten de görüntü kalitesini artırarak renk üretimini daha gerçekçi hale getirebileceği ifade edilebilir.

Ama ne kadar daha gerçekçi? Sonuçta, aynı Sony TV'lerde resmin, renkleri karıştıran olağan filtreler kullanılarak oluşturulduğu biliniyor mu? Bu soruyu cevaplamak oldukça zordur; büyük ölçüde görüntü kalitesinin öznel algısına bağlıdır. Her durumda, yeni arka aydınlatmaya sahip ilk Sony TV'lerin mutlu sahipleri, ekrandaki görüntünün daha saf renkli boyalarla boyanmış bir tabloya benzediğini belirtiyor.

Diğer önde gelen şirketlerin de bu teknolojik yeniliğin uygulanmasına hemen katılması, kuantum noktalarının yalnızca bir pazarlama taktiği olmadığı gerçeğini doğruluyor. Samsung, CES 2015'te benzer teknolojiyi uygulayan SUHD TV'lerini tanıttı. Yeni TV'lerin daha fazlasını sağladığı belirtiliyor yüksek kalite OLED modellerden daha düşük bir fiyata görüntüler. LG ayrıca ULTRA HD fuarında kuantum nokta teknolojisine (Quantum Dot) sahip TV'leri de tanıttı.

OLED ile karşılaştırma tesadüfi değil. Sonuçta birçok şirket, modern TV'lerin görüntü kalitesini iyileştirmenin bir yolu olarak ilk olarak OLED teknolojisine yöneldi, ancak seri olarak piyasaya sürüldüğünde üretimlerinde sorunlarla karşılaştı. Bu özellikle geniş ekran köşegenlerine ve ultra yüksek çözünürlüğe sahip OLED TV'ler için geçerlidir.

Kuantum noktaları biçiminde bir tür yedekleme seçeneği bulundu - bu tür TV'lerdeki renk gamı ​​​​neredeyse OLED ekranlardaki kadar iyidir ve teknolojinin endüstriyel gelişimiyle ilgili neredeyse hiçbir sorun yoktur. Bu, şirketlerin uygun fiyatlı kalarak görüntü kalitesinde OLED teknolojisine rakip olacak TV'ler üretmesine olanak tanıyor geniş bir daireye tüketiciler.

20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan çok sayıda spektroskopik yöntem (elektron ve atomik kuvvet mikroskobu, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, kütle spektrometrisi) geleneksel optik mikroskopi uzun zaman önce "kullanımdan kaldırılmış" gibi görünüyor. Bununla birlikte, floresans fenomeninin ustaca kullanımı birden fazla kez "gazi"nin ömrünü uzattı. Bu makale hakkında konuşacak kuantum noktaları(floresan yarı iletken nanokristaller), optik mikroskopiye yeni bir güç kazandırdı ve kötü şöhretli kırınım sınırının ötesine bakmayı mümkün kıldı. Eşsiz fiziki ozellikleri Kuantum noktaları, onları biyolojik nesnelerin ultra duyarlı çok renkli kaydının yanı sıra tıbbi teşhis için de ideal bir araç haline getiriyor.

Çalışma şu konularda fikir veriyor fiziksel prensipler kuantum noktalarının benzersiz özelliklerini, nanokristallerin kullanımına ilişkin ana fikirleri ve beklentileri tanımlayan ve halihazırda hakkında konuşulanlar elde edilen başarılar biyoloji ve tıptaki uygulamaları. Makale, gerçekleştirilen araştırma sonuçlarına dayanmaktadır. son yıllar Adını taşıyan Biyoorganik Kimya Enstitüsü Moleküler Biyofizik Laboratuvarı'nda. MM. Shemyakin ve Yu.A. Ovchinnikova, Reims Üniversitesi ve Belaruslularla birlikte Devlet Üniversitesi, kanser ve otoimmün hastalıklar da dahil olmak üzere klinik teşhisin çeşitli alanları için yeni nesil biyobelirteç teknolojisi geliştirmenin yanı sıra birçok biyomedikal parametrenin eşzamanlı kaydı için yeni nanosensör türleri oluşturmayı amaçlıyor. Çalışmanın orijinal versiyonu Nature'da yayınlandı; makale bir dereceye kadar IBCh RAS Genç Bilim Adamları Konseyi'nin ikinci seminerine dayanıyor. - Ed.

Bölüm I, teorik

Şekil 1. Nanokristallerdeki ayrık enerji seviyeleri."Katı" yarı iletken ( sol) bir değerlik bandına ve bir bant aralığıyla ayrılmış bir iletim bandına sahiptir Örneğin. Yarı iletken nanokristal ( sağda), tek bir atomun enerji seviyelerine benzer, ayrık enerji seviyeleri ile karakterize edilir. Bir nanokristalde Örneğin boyutun bir fonksiyonudur: nanokristalin boyutunda bir artış, bir azalmaya yol açar Örneğin.

Parçacık boyutunun küçültülmesi, yapıldığı malzemenin çok sıra dışı özelliklerinin ortaya çıkmasına yol açar. Bunun nedeni, yük taşıyıcılarının hareketi uzaysal olarak sınırlı olduğunda ortaya çıkan kuantum mekaniksel etkilerdir: bu durumda taşıyıcıların enerjisi ayrık hale gelir. Ve kuantum mekaniğinin öğrettiği gibi enerji seviyelerinin sayısı "potansiyel kuyusunun" boyutuna, potansiyel bariyerin yüksekliğine ve yük taşıyıcının kütlesine bağlıdır. "Kuyunun" boyutundaki bir artış, birleşene ve enerji spektrumu "katı" hale gelene kadar birbirine giderek daha yakın hale gelen enerji seviyelerinin sayısında bir artışa yol açar (Şekil 1). Yük taşıyıcılarının hareketi bir koordinat boyunca (kuantum filmleri oluşturarak), iki koordinat boyunca (kuantum telleri veya iplikleri) veya üç yönde sınırlanabilir; bunlar kuantum noktaları(CT).

Yarı iletken nanokristaller, moleküler kümeler ve "katı" malzemeler arasındaki ara yapılardır. Moleküler, nanokristal ve katı malzemeler arasındaki sınırlar açıkça tanımlanmamıştır; ancak parçacık başına 100 ila 10.000 atom aralığı geçici olarak nanokristallerin "üst sınırı" olarak kabul edilebilir. Üst sınır, enerji seviyeleri arasındaki aralığın termal titreşimlerin enerjisini aştığı boyutlara karşılık gelir kT (k- Boltzmann sabiti, T- sıcaklık) yük taşıyıcıları hareketli hale geldiğinde.

"Sürekli" yarı iletkenlerdeki elektronik uyarılmış bölgeler için doğal uzunluk ölçeği, Bohr eksiton yarıçapı tarafından belirlenir. bir x elektron arasındaki Coulomb etkileşiminin gücüne bağlıdır ( e) Ve delik (H). Büyüklüğü mertebesinde olan nanokristallerde a x boyutun kendisiçiftin konfigürasyonunu etkilemeye başlar e-h ve dolayısıyla eksitonun boyutu. Bu durumda elektronik enerjilerin doğrudan nanokristalin boyutuna göre belirlendiği ortaya çıktı; bu olay "kuantum sınırlama etkisi" olarak biliniyor. Bu etkiyi kullanarak nanokristalin bant aralığını düzenlemek mümkündür ( Örneğin), sadece parçacık boyutunu değiştirerek (Tablo 1).

Kuantum noktalarının benzersiz özellikleri

Fiziksel bir nesne olarak kuantum noktaları oldukça uzun zamandır bilinmektedir ve günümüzde yoğun olarak geliştirilen formlardan biridir. heteroyapılar. Koloidal nanokristaller formundaki kuantum noktalarının özelliği, her noktanın bir çözücü içinde yer alan izole edilmiş ve hareketli bir nesne olmasıdır. Bu tür nanokristaller, elektronik ve optoelektronik cihazların elemanlarının, maddenin mikro hacimlerinde analiz için probların ve sensörlerin, çeşitli floresan, kemilüminesans ve fotoelektrokimyasal nano boyutlu sensörlerin oluşturulduğu çeşitli ortaklar, hibritler, sıralı katmanlar vb. oluşturmak için kullanılabilir. .

Yarı iletken nanokristallerin çeşitli yüzeylere hızla nüfuz etmesinin nedeni farklı bölgeler bilim ve teknolojinin benzersiz optik özellikleri:

• dar simetrik floresans zirvesi (uzun dalgalı bir "kuyruk" varlığıyla karakterize edilen organik boyaların aksine; Şekil 2, sol), konumu nanokristal boyutu ve bileşimi seçimiyle kontrol edilir (Şekil 3);
• Farklı renkteki nanokristallerin tek bir radyasyon kaynağıyla uyarılmasını mümkün kılan geniş uyarma bandı (Şekil 2, sol). Bu avantaj, çok renkli kodlama sistemleri oluştururken esastır;
• yüksek sönme değeri ve yüksek kuantum verimiyle belirlenen yüksek floresans parlaklığı (CdSe/ZnS nanokristalleri için - %70'e kadar);
• benzersiz derecede yüksek fotostabilite (Şekil 2, sağda), bu da yüksek güçlü uyarma kaynaklarının kullanımına izin verir.

Şekil 2. Spektral özellikler kadmiyum-selenyum (CdSe) kuantum noktaları. Sol: Farklı renkteki nanokristaller tek bir kaynak tarafından uyarılabilir (ok, 488 nm dalga boyuna sahip bir argon lazeri ile uyarımı gösterir). Ek, tek bir ışık kaynağı (UV lambası) tarafından uyarılan farklı boyutlardaki (ve buna bağlı olarak renklerdeki) CdSe/ZnS nanokristallerinin floresansını göstermektedir. Sağda: Kuantum noktaları, bir floresan mikroskobunda bir cıva lambasının ışını altında hızla bozunan diğer yaygın boyalarla karşılaştırıldığında son derece fotostabildir.

Şekil 3. Kuantum noktalarının özellikleri farklı malzemeler. Üstünde: Farklı malzemelerden yapılmış nanokristallerin floresans aralıkları. Alt: Farklı boyutlardaki CdSe kuantum noktaları, 460-660 nm'lik görünür aralığın tamamını kapsar. Sağ alt:"Çekirdeğin" yarı iletken bir kabuk ve koruyucu bir polimer katmanla kaplandığı stabilize edilmiş bir kuantum noktasının diyagramı.

Alma teknolojisi

Nanokristallerin sentezi, öncü bileşiklerin reaksiyon ortamına hızlı bir şekilde enjekte edilmesiyle gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklık(300–350 °C) ve ardından nispeten düşük sıcaklıklarda (250–300 °C) nanokristallerin yavaş büyümesi. "Odaklanma" sentez modunda, küçük parçacıkların büyüme hızı, büyük parçacıkların büyüme hızından daha yüksektir, bunun sonucunda nanokristal boyutlarındaki yayılma azalır.

Kontrollü sentez teknolojisi, nanokristallerin anizotropisini kullanarak nanopartiküllerin şeklini kontrol etmeyi mümkün kılar. Belirli bir malzemenin karakteristik kristal yapısı (örneğin, CdSe altıgen paketleme - wurtzite ile karakterize edilir, Şekil 3), nanokristallerin şeklini belirleyen "tercih edilen" büyüme yönlerine aracılık eder. Nanoçubuklar veya tetrapodlar bu şekilde elde edilir - nanokristaller dört yönde uzatılır (Şekil 4).

Şekil 4. Farklı şekil CdSe nanokristalleri. Sol: CdSe/ZnS küresel nanokristalleri (kuantum noktaları); merkezinde:çubuk şeklinde (kuantum çubukları). Sağda: tetrapodlar şeklinde. (Transmisyon elektron mikroskobu. Mark - 20 nm.)

Pratik uygulamanın önündeki engeller

Grup II-VI yarı iletkenlerden nanokristallerin pratik uygulamasına ilişkin bir takım kısıtlamalar vardır. İlk olarak, lüminesans kuantum verimleri önemli ölçüde ortamın özelliklerine bağlıdır. İkincisi, nanokristallerin “çekirdeklerinin” stabilitesi sulu çözeltiler ayrıca küçük. Sorun, ışınımsal olmayan rekombinasyon merkezleri veya uyarılmış parçacıklar için "tuzaklar" rolünü oynayan yüzey "kusurlarında" yatmaktadır. e-h buhar.

Bu sorunların üstesinden gelmek için kuantum noktaları, birkaç geniş aralıklı malzeme katmanından oluşan bir kabuk içine alınır. Bu izole etmenizi sağlar e-hçekirdekte çiftleşir, ömrünü uzatır, ışınımsız rekombinasyonu azaltır ve dolayısıyla floresans ve fotostabilitenin kuantum verimini arttırır.

Bu bağlamda bugüne kadar en yaygın olarak kullanılan floresan nanokristaller bir çekirdek/kabuk yapısına sahiptir (Şekil 3). CdSe/ZnS nanokristallerinin sentezi için geliştirilen prosedürler, en iyi organik floresan boyalara yakın olan %90'lık bir kuantum verimi elde etmeyi mümkün kılar.

Bölüm II: Kolloidal Nanokristaller Formunda Kuantum Noktalarının Uygulamaları

Tıp ve biyolojide floroforlar

QD'lerin benzersiz özellikleri, bunların biyolojik nesnelerin etiketlenmesi ve görselleştirilmesi için hemen hemen tüm sistemlerde kullanılmasını mümkün kılar (yalnızca genetik olarak ifade edilen - iyi bilinen floresan proteinler olan floresan hücre içi etiketler hariç).

Biyolojik nesneleri veya süreçleri görselleştirmek için, QD'ler nesneye doğrudan veya "dikilmiş" tanıma molekülleri (genellikle antikorlar veya oligonükleotidler) ile yerleştirilebilir. Nanokristaller özelliklerine uygun olarak nesnenin içine nüfuz eder ve dağılır. Örneğin, farklı boyutlardaki nanokristaller biyolojik zarlara farklı şekillerde nüfuz eder ve boyut, floresansın rengini belirlediğinden, nesnenin farklı alanları da farklı şekilde renklendirilir (Şekil 5). Nanokristallerin yüzeyinde tanıma moleküllerinin varlığı, hedefe yönelik bağlanmaya olanak tanır: istenen nesne (örneğin bir tümör) belirli bir renkle boyanır!

Şekil 5. Nesnelerin renklendirilmesi. Sol:İnsan fagosit THP-1 hücrelerindeki hücresel hücre iskeleti ve çekirdeğin mikro yapısının arka planına karşı kuantum noktalarının dağılımının çok renkli eş odaklı floresan görüntüsü. Nanokristaller en az 24 saat boyunca hücrelerde fotostabil kalır ve hücre yapısı ve fonksiyonunda bozulmaya neden olmaz. Sağda: tümör bölgesinde (ok) RGD peptidi ile "çapraz bağlı" nanokristallerin birikmesi. Sağ tarafta kontrol var, peptit içermeyen nanokristaller eklendi (CdTe nanokristalleri, 705 nm).

Spektral kodlama ve “sıvı mikroçipler”

Daha önce belirtildiği gibi, nanokristallerin floresans zirvesi dar ve simetriktir; bu, farklı renklerdeki (görünür aralıkta on renge kadar) nanokristallerin floresans sinyalinin güvenilir bir şekilde izole edilmesini mümkün kılar. Aksine nanokristallerin soğurma bandı geniştir, yani tüm renkteki nanokristaller tek bir ışık kaynağı tarafından uyarılabilir. Bu özelliklerin yanı sıra yüksek fotostabiliteleri, kuantum noktalarını nesnelerin çok renkli spektral kodlaması için ideal floroforlar haline getirir; barkoda benzer, ancak kızılötesi bölgede floresan veren çok renkli ve "görünmez" kodlar kullanır.

Şu anda, tespit elemanlarının bir düzlem üzerine yerleştirildiği klasik düz çipler gibi, bir numunenin mikro hacimlerini kullanarak aynı anda birçok parametrenin analizini gerçekleştirmeye olanak tanıyan "sıvı mikroçipler" terimi giderek daha fazla kullanılmaktadır. Sıvı mikroçipler kullanılarak spektral kodlama ilkesi Şekil 6'da gösterilmektedir. Her mikroçip elemanı, belirli renklerde belirli miktarlarda QD içerir ve kodlanmış seçeneklerin sayısı çok büyük olabilir!

Şekil 6. Spektral kodlama ilkesi. Sol:"normal" düz mikroçip. Sağda: Her bir elemanı belirli renklerde belirli miktarlarda QD içeren “sıvı mikroçip”. Şu tarihte: N floresans yoğunluğu seviyeleri ve M renkler, kodlanmış seçeneklerin teorik sayısı n m−1. Yani 5-6 renk ve 6 yoğunluk seviyesi için bu 10.000-40.000 seçenek olacaktır.

Bu tür kodlanmış mikro elementler, herhangi bir nesnenin (örneğin, menkul kıymetler) doğrudan etiketlenmesi için kullanılabilir. Polimer matrislere gömüldüklerinde son derece sağlam ve dayanıklıdırlar. Erken teşhis yöntemlerinin geliştirilmesinde bir diğer uygulama yönü de biyolojik nesnelerin tanımlanmasıdır. Gösterge ve tanımlama yöntemi, mikroçipin spektral olarak kodlanmış her bir elemanına spesifik bir tanıma molekülünün eklenmesidir. Çözeltide, kendisine bir sinyal floroforunun "dikildiği" ikinci bir tanıma molekülü vardır. Mikroçip floresansının ve bir sinyal floroforunun eşzamanlı görünümü, incelenen nesnenin analiz edilen karışımda varlığını gösterir.

Akış sitometrisi, kodlanmış mikropartikülleri çevrimiçi olarak analiz etmek için kullanılabilir. Mikro parçacıklar içeren bir çözelti, her bir parçacığın spektral olarak karakterize edildiği, lazerle ışınlanmış bir kanaldan geçer. Cihazın yazılımı, bir numunede belirli bileşiklerin (örneğin, kanser veya otoimmün hastalık belirteçleri) ortaya çıkmasıyla ilişkili olayları tanımlamanıza ve karakterize etmenize olanak tanır.

Gelecekte, anında eşzamanlı kayıt için yarı iletken floresan nanokristallere dayalı mikro analizörler oluşturulabilir. çok büyük sayı nesneler.

Moleküler sensörler

QD'lerin prob olarak kullanılması, boyutu probun boyutuyla (nanometre ölçeği) karşılaştırılabilir olan yerel alanlardaki çevresel parametrelerin ölçülmesini mümkün kılar. Bu tür ölçüm cihazlarının çalışması, ışınımsız rezonans enerji transferinin (Förster rezonans enerji transferi - FRET) Förster etkisinin kullanımına dayanmaktadır. FRET etkisinin özü, iki nesnenin (verici ve alıcı) yaklaşıp örtüşmesidir. floresans spektrumu ilk olarak emilim spektrumuİkincisi, enerji ışınımsız olarak aktarılır ve eğer alıcı floresan ışık yayabilirse, iki kat yoğunlukta parlayacaktır.

FRET etkisi hakkında daha önce “makalemizde” yazmıştık. Spektroskopist için rulet » .

Kuantum noktalarının üç parametresi onları FRET formatlı sistemlerde çok çekici donörler haline getiriyor.

1. Vericinin emisyon spektrumları ile alıcının uyarılması arasında maksimum örtüşmeyi elde etmek için emisyon dalga boyunu yüksek doğrulukla seçebilme yeteneği.
2. Tek bir ışık kaynağının aynı dalga boyuna sahip farklı QD'leri uyarma yeteneği.
3. Uyarma olasılığı spektral bölge, emisyon dalga boyundan uzakta (fark >100 nm).

FRET etkisini kullanmak için iki strateji vardır:

• donör-alıcı sistemindeki konformasyonel değişiklikler nedeniyle iki molekülün etkileşim eyleminin kaydedilmesi ve
• donörün veya alıcının optik özelliklerindeki değişikliklerin kaydedilmesi (örneğin absorpsiyon spektrumu).

Bu yaklaşım, numunenin yerel bir bölgesinde pH'ı ve metal iyonlarının konsantrasyonunu ölçmek için nano boyutlu sensörlerin uygulanmasını mümkün kıldı. Hassas eleman Böyle bir sensör, tespit edilen iyona bağlandığında optik özellikleri değiştiren bir gösterge molekülleri katmanı içerir. Bağlanmanın bir sonucu olarak, QD'nin floresans spektrumları ile göstergenin absorpsiyon spektrumları arasındaki örtüşme değişir, bu da enerji transferinin verimliliğini de değiştirir.

Verici-alıcı sistemindeki konformasyonel değişiklikleri kullanan bir yaklaşım, nano ölçekli bir sıcaklık sensöründe uygulanmaktadır. Sensörün hareketi, kuantum noktasını ve alıcı - floresan söndürücüyü birbirine bağlayan polimer molekülünün şeklindeki sıcaklık değişikliğine dayanır. Sıcaklık değiştiğinde, hem söndürücü ile florofor arasındaki mesafe hem de sıcaklıkla ilgili sonucun elde edilmesini sağlayan floresans yoğunluğu değişir.

Moleküler teşhis

Verici ile alıcı arasında bir bağın kopması veya oluşması da aynı şekilde tespit edilebilir. Şekil 7, kayıtlı nesnenin bağışçı ve alıcı arasında bir bağlantı (“bağdaştırıcı”) görevi gördüğü “sandviç” kayıt ilkesini göstermektedir.

Şekil 7. FRET formatını kullanarak kayıt ilkesi. Bir konjugat ("sıvı mikroçip")-(kayıtlı nesne)-(sinyal floroforu) oluşumu, donörü (nanokristal) alıcıya (AlexaFluor boyası) yaklaştırır. Lazer radyasyonunun kendisi boyanın floresansını tetiklemez; floresan sinyali yalnızca CdSe/ZnS nanokristalinden rezonans enerji aktarımı nedeniyle ortaya çıkar. Sol: Enerji aktarımı olan bir konjugenin yapısı. Sağda: boya uyarımının spektral diyagramı.

Bu yöntemin uygulanmasına bir örnek, bir otoimmün hastalık için bir teşhis kitinin oluşturulmasıdır. sistemik skleroderma(skleroderma). Burada donör, 590 nm floresans dalga boyuna sahip kuantum noktalarıydı ve alıcı, organik bir boyaydı - AlexaFluor 633. Bir antijen, bir skleroderma belirteci olan bir otoantikor için kuantum noktaları içeren bir mikropartikülün yüzeyine "dikildi". Çözeltiye boyayla etiketlenmiş ikincil antikorlar eklendi. Hedefin yokluğunda boya mikropartikül yüzeyine yaklaşmaz, enerji transferi olmaz ve boya floresans vermez. Ancak numunede otoantikorların ortaya çıkması, mikropartikül-otoantikor-boya kompleksinin oluşumuna yol açar. Enerji aktarımı sonucunda boya uyarılır ve spektrumda 633 nm dalga boyuna sahip floresans sinyali belirir.

Bu çalışmanın önemi aynı zamanda otoantikorların, otoimmün hastalıkların gelişiminin çok erken aşamalarında tanısal belirteçler olarak kullanılabilmesidir. "Sıvı mikroçipler", antijenlerin bir düzleme göre çok daha doğal koşullarda ("normal" mikroçiplerde olduğu gibi) bulunduğu test sistemleri oluşturmayı mümkün kılar. Halihazırda elde edilen sonuçlar, kuantum noktalarının kullanımına dayalı yeni tip klinik teşhis testlerinin yaratılmasının yolunu açıyor. Ve spektral olarak kodlanmış sıvı mikroçiplerin kullanımına dayalı yaklaşımların uygulanması, birçok işaretleyicinin içeriğinin aynı anda belirlenmesini mümkün kılacaktır; bu, teşhis sonuçlarının güvenilirliğinde önemli bir artışın ve erken teşhis yöntemlerinin geliştirilmesinin temelidir. .

Hibrit moleküler cihazlar

Esnek yönetim imkanı spektral özellikler Kuantum noktaları nano ölçekli spektral cihazların yolunu açıyor. Özellikle kadmiyum tellür (CdTe) bazlı QD'ler, spektral duyarlılığın genişletilmesini mümkün kılmıştır. bakteriyorodopsin(bP), bir zar boyunca protonları “pompalamak” için ışık enerjisini kullanma yeteneğiyle bilinir. (Sonuçta ortaya çıkan elektrokimyasal gradyan, bakteriler tarafından ATP'yi sentezlemek için kullanılır.)

Aslında yeni bir hibrit malzeme elde edildi: kuantum noktalarının eklenmesi mor membran- yoğun şekilde paketlenmiş bakteriyorhodopsin molekülleri içeren bir lipit membran - "sıradan" bP'nin ışığı absorbe etmediği spektrumun UV ve mavi bölgelerine karşı fotosensitivite aralığını genişletir (Şekil 8). UV ve mavi bölgelerdeki ışığı emen bir kuantum noktasından bakteriorhodopsine enerji transferinin mekanizması hala aynıdır: FRET'tir; Bu durumda radyasyon alıcısı retinal- fotoreseptör rodopsinde çalışan pigmentin aynısıdır.

Şekil 8. Kuantum noktaları kullanılarak bakteriyorhodopsin'in "yükseltilmesi". Sol: CdTe bazlı kuantum noktalarının "dikildiği" (turuncu küreler olarak gösterilmiştir) bakteriyorhodopsin (trimerler formunda) içeren bir proteolipozom. Sağda: CT'ye bağlı olarak bR'nin spektral duyarlılığını genişletme şeması: spektrumdaki alan devralmalar QD, spektrumun UV ve mavi kısımlarındadır; menzil emisyonlar nanokristalin boyutu seçilerek "ayarlanabilir". Bununla birlikte, bu sistemde enerji, kuantum noktaları tarafından yayılmaz: enerji, ışınımsız bir şekilde, iş yapan (H + iyonlarını lipozomun içine pompalayan) bakteriorhodopsine taşınır.

Proteolipozomlar (bir bP-QD hibriti içeren lipit "kesecikleri"), aydınlatıldığında protonları kendi içlerine pompalayarak pH'ı etkili bir şekilde düşürür (Şekil 8). Görünüşte önemsiz olan bu buluş, gelecekte optoelektronik ve fotonik cihazların temelini oluşturabilir ve elektrik gücü ve diğer fotoelektrik dönüşüm türleri alanında uygulama bulabilir.

Özetlemek gerekirse, kolloidal nanokristaller formundaki kuantum noktalarının nano, biyonano ve biyobakır nanoteknolojilerinin en umut verici nesneleri olduğunun altı çizilmelidir. 1998 yılında kuantum noktaların florofor olarak yeteneklerinin ilk kez gösterilmesinden sonra, nanokristallerin kullanımına yönelik yeni orijinal yaklaşımların oluşturulması ve bu benzersiz nesnelerin sahip olduğu potansiyel yeteneklerin gerçekleştirilmesi ile ilgili olarak birkaç yıl boyunca bir durgunluk yaşandı. Ancak son yıllarda keskin bir artış oldu: Fikirlerin birikimi ve bunların uygulanması, biyoloji, tıp, elektronik mühendisliği ve teknoloji alanlarında yarı iletken nanokristalin kuantum noktalarının kullanımına dayanan yeni cihaz ve araçların yaratılmasında bir atılım belirledi. kullanmak Güneş enerjisi Ve bircok digerleri. Tabii ki, bu yolda hala çözülmemiş birçok sorun var, ancak artan ilgi, bu sorunlar üzerinde çalışan ekiplerin sayısının artması, bu alana ayrılmış yayınların sayısının artması, kuantum noktalarının temel olacağını umut etmemizi sağlıyor. yeni nesil ekipman ve teknolojiler.

V.A.’nın konuşmasının video kaydı Oleynikova IBCh RAS Genç Bilim Adamları Konseyi'nin 17 Mayıs 2012'de düzenlenen ikinci seminerinde.

Edebiyat

1. Oleynikov V.A. (2010). Biyoloji ve tıpta kuantum noktaları. Doğa. 3 , 22;
2. Oleynikov V.A., Sukhanova A.V., Nabiev I.R. (2007). Biyoloji ve tıpta floresan yarı iletken nanokristaller. Rus nanoteknolojileri. 2 , 160–173;
3. Alyona Sukhanova, Lydie Venteo, Jérôme Devy, Mikhail Artemyev, Vladimir Oleinikov, et. diğerleri. (2002). Parafine Gömülü Doku Bölümlerinin İmmünohistokimyasal Analizi için Yeni Bir Etiket Sınıfı Olarak Son Derece Kararlı Floresan Nanokristaller. Laboratuvar Yatırımı. 82 , 1259-1261;
4. C.B. Murray, D.J. Norris, M.G. Bawendi. (1993). Neredeyse tek dağılımlı CdE (E = kükürt, selenyum, tellür) yarı iletken nanokristalitlerin sentezi ve karakterizasyonu. J. Am. Kimya Sos.. 115 , 8706-8715;
5. Margaret A. Hines, Philippe Guyot-Sionnest. (1998). Parlak UV-Mavi Işıldayan Kolloidal ZnSe Nanokristalleri. J. Phys. Kimya B. 102 , 3655-3657;
6. Manna L., Scher E.C., Alivisatos P.A. (2002). Kolloidal yarı iletken nanokristallerin şekil kontrolü. J. Clust. Bilim. 13 , 521–532;
7. Floresan Nobel Kimya Ödülü;
8. Igor Nabiev, Siobhan Mitchell, Anthony Davies, Yvonne Williams, Dermot Kelleher, et. diğerleri. (2007). İşlevselleştirilmemiş Nanokristaller, Hücrenin Aktif Taşıma Mekanizmasını Kullanarak Bunları Belirli Nükleer ve Sitoplazmik Bölmelere Gönderebilir. Nano Lett.. 7 , 3452-3461;
9. Yvonne Williams, Alyona Sukhanova, MaÅgorzata Nowostawska, Anthony M. Davies, Siobhan Mitchell, et. diğerleri. (2009). Boyut Ayarlı Kuantum Noktaları Nano-pH Ölçer Kullanılarak Hücre Tipi Spesifik Hücre İçi Nano Ölçekli Bariyerlerin Araştırılması;
10. Alyona Sukhanova, Andrei S. Susha, Alpan Bek, Sergiy Mayilo, Andrey L. Rogach, et. diğerleri. (2007). Proteomik için Nanokristal Kodlu Floresan Mikro Boncuklar: Antikor Profili Oluşturma ve Otoimmün Hastalıkların Teşhisi. Nano Lett.. 7 , 2322-2327;
11. Aliaksandra Rakovich, Alyona Sukhanova, Nicolas Bouchonville, Evgeniy Lukashev, Vladimir Oleinikov, et. diğerleri. (2010). Rezonans Enerji Transferi, Mor Membranlardan ve Yarı İletken Kuantum Noktalarından Oluşturulan Hibrit Malzeme İçinde Bakteriorhodopsin'in Biyolojik Fonksiyonunu İyileştiriyor. Nano Lett.. 10 , 2640-2648;

"Nanoteknoloji" bir kelimedir karmaşık tarih ve Rus dilindeki bağlam ne yazık ki biraz itibarsızlaşmış durumda. Ancak ironik sosyo-ekonomik imaları göz ardı edersek, nanoteknolojinin son yıllarda bilimsel ve teorik bir kavramdan şekillenmeye başladığını ve öngörülebilir gelecekte gerçek ticari ürünler haline gelerek hayatımıza girebileceğini söyleyebiliriz.

Bunun harika bir örneği kuantum noktalarıdır. Yarı iletken nanopartikülleri kullanan teknolojiler yavaş yavaş tamamen uygulama alanı bulmaktadır. Çeşitli bölgeler: tıp, matbaa, fotovoltaik, elektronik - ürünlerin bazıları hala prototip düzeyinde mevcuttur, bazı yerlerde teknoloji kısmen uygulanmıştır ve bazıları halihazırda pratik kullanımdadır.

Peki “kuantum noktası” nedir ve neyle yenir?

Kuantum noktası inorganik bir nanokristaldir. yarı iletken malzeme(silikon, indiyum fosfit, kadmiyum selenit). “Nano”, milyarda bir parça olarak ölçülen anlamına gelir ve bu tür kristallerin boyutları 2 ila 10 nanometre arasında değişir. Küçük boyutlarından dolayı nanopartiküllerdeki elektronlar, toplu yarı iletkenlerdeki elektronlardan çok farklı davranır.

Bir kuantum noktasının enerji spektrumu heterojendir; bir elektron (negatif yüklü parçacık) ve bir delik için ayrı enerji seviyelerine sahiptir. Yarı iletkenlerdeki deliğe doldurulmamış delik denir. değerlik bağı, taşıyıcı pozitif yük sayısal olarak elektrona eşit olup, çekirdek ile elektron arasındaki bağ koptuğunda ortaya çıkar.

Kristaldeki yük taşıyıcının seviyeden seviyeye hareket ettiği koşullar yaratılırsa, bu geçiş sırasında bir foton yayılır. Parçacık boyutunu değiştirerek bu radyasyonun absorpsiyon frekansını ve dalga boyunu kontrol edebilirsiniz. Uygulamada bu, noktanın parçacık boyutuna bağlı olarak ışınlandığında farklı renklerde parlayacağı anlamına gelir.

Parçacık boyutu aracılığıyla radyasyonun dalga boyunu kontrol etme yeteneği, emdikleri enerjiyi ışık radyasyonuna (fotostabil fosforlar) dönüştüren kuantum noktalarından stabil maddeler elde etmeyi mümkün kılar.

Kuantum noktalarına dayalı çözümler, hassas, ayarlanabilir parlaklık gerektiren pratik uygulamalar için önemli olan bir dizi parametre açısından geleneksel organik ve inorganik fosforlardan üstündür.

Kuantum noktalarının avantajları:

• Fotostabildir, floresan özelliklerini birkaç yıl korur.
• Işıkla solmaya karşı yüksek direnç: Organik floroforlardan 100 – 1000 kat daha yüksektir.
• Yüksek kuantum floresans verimi - %90'a kadar.
• Geniş uyarılma spektrumu: UV'den IR'ye (400 – 200 nm).
• Yüksek floresans tepe noktaları (25-40 nm) nedeniyle yüksek renk saflığı.
• Kimyasal bozulmaya karşı yüksek direnç.

Özellikle baskı için bir başka avantaj, kuantum noktalarının, küçük parçacıkların dağıldığı sıvı bir ortama sahip, oldukça dağılmış kolloidal sistemler olan solları yapmak için kullanılabilmesidir. Bu, inkjet baskıya uygun çözümler üretmek için kullanılabileceği anlamına geliyor.

Kuantum noktalarının uygulama alanları:

Belgelerin ve ürünlerin sahteciliğe karşı korunması: menkul kıymetler, banknotlar, kimlik kartları, pullar, mühürler, sertifikalar, sertifikalar, plastik kartlar, ticari markalar. Kuantum noktalarına dayanan çok renkli bir kodlama sistemi, gıda, ilaç, kimya endüstrisi, mücevher ve sanat eserlerindeki ürünlerin renkli markalanması için ticari olarak talep edilebilir.

Sıvı bazın su bazlı veya UV ile kürlenebilmesi nedeniyle, kuantum noktalı mürekkep kullanarak hemen hemen her nesneyi işaretleyebilirsiniz - kağıt ve diğer emici bazlar için - su bazlı mürekkep ve emici olmayanlar için (cam) , ahşap, metal, sentetik polimerler, kompozitler) – UV mürekkep.

Tıbbi ve biyolojik araştırmalarda işaretleyici. Belirli bir hücre tipine tepki veren biyolojik belirteçler, DNA ve RNA fragmanları kuantum noktaların yüzeyine uygulanabildiğinden, biyolojik çalışmalarda ve kanserin erken evrelerinde teşhis edilmesinde kontrast olarak kullanılabilirler. Tümör henüz standart teşhis yöntemleriyle tespit edilmediğinde.

Tümör hücrelerini in vitro incelemek için kuantum noktalarının floresan etiketler olarak kullanılması en umut verici ve hızlı yöntemlerden biridir. gelişmekte olan alanlar Kuantum noktalarının biyotıptaki uygulamaları.

Toplu uygulama Bu teknoloji yalnızca in vivo çalışmalarda kuantum nokta kontrastlarının kullanılmasının güvenliği sorunu nedeniyle engellenmektedir, çünkü çoğuÇok toksik malzemelerden yapılmışlardır ve boyutları o kadar küçüktür ki her türlü vücut bariyerini kolayca delebilirler.

Kuantum nokta görüntüleri: QLED – kuantum noktaları kullanarak LED arkadan aydınlatmalı LCD ekranlar oluşturmaya yönelik teknoloji, önde gelen elektronik üreticileri tarafından zaten test edilmiştir. Bu teknolojinin kullanılması ekranın güç tüketimini azaltmayı, LED ekranlara kıyasla ışık akısını %25-30 oranında artırmayı, daha fazlasını mümkün kılar. zengin renkler, net renk sunumu, renk derinliği, ekranları ultra ince ve esnek hale getirme yeteneği.

Bu teknolojiyi kullanan ilk ekranın prototipi Şubat 2011'de Samsung tarafından sunuldu ve ilk bilgisayar ekranı Philips tarafından piyasaya sürüldü.

Mavi LED'lerin emisyon spektrumundan kırmızı ve yeşil renkler üretmek için kuantum noktaları kullanır, bu da doğala yakın renk sunumu sağlar. 2013 yılında Sony, aynı prensiple çalışan bir QLED ekranı piyasaya sürdü. İÇİNDE şu an Büyük ekranların üretilmesine yönelik bu teknoloji, yüksek üretim maliyetleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Kuantum nokta lazeri. Yayma bölgesindeki çalışma ortamı kuantum noktaları olan bir lazer, kuantum kuyularına dayalı geleneksel yarı iletken lazerlerle karşılaştırıldığında çok sayıda avantaja sahiptir. Onlar sahip daha iyi özellikler frekans bandı, gürültü yoğunluğu açısından sıcaklık değişimlerine daha az duyarlıdırlar.

Bir kuantum noktasının bileşimini ve boyutunu değiştirmenin kontrol etmenize olanak sağlaması nedeniyle aktif ortam Böyle bir lazer, daha önce erişilemeyen dalga boylarında çalışmayı mümkün kıldı. Bu teknoloji tıpta pratikte aktif olarak kullanılmaktadır; onun yardımıyla bir lazer neşter yaratılmıştır.

Enerji

Kuantum noktalarına dayalı olarak çeşitli ince film güneş pili modelleri de geliştirilmiştir. Bunlar aşağıdaki çalışma prensibine dayanmaktadır: ışık fotonları, kuantum noktaları içeren bir fotovoltaik malzemeye çarparak, enerjisi bir elektron için gereken minimum enerjiye eşit veya bu enerjiyi aşan bir çift elektron ve deliğin görünümünü uyarır. Bağlı durumdan serbest duruma geçmek için verilen yarı iletken. Malzemenin nanokristallerinin boyutunu değiştirerek fotovoltaik malzemenin "enerji performansını" değiştirmek mümkündür.

Bu prensibe dayanarak, halihazırda birçok orijinal çalışma prototipi oluşturulmuştur. çeşitli türler Solar paneller.

2011 yılında Notre Dame Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, uygulandığında herhangi bir nesneyi güneş piline dönüştürebilen titanyum dioksit bazlı bir "güneş boyası" önerdiler. Oldukça düşük bir verime sahiptir (sadece %1), ancak üretimi ucuzdur ve büyük miktarlarda üretilebilir.

2014 yılında Massachusetts'ten bilim adamları Teknoloji Enstitüsü ultra ince kuantum nokta katmanlarından güneş pilleri üretmeye yönelik bir yöntem sundu, bunların geliştirilmesinin verimliliği% 9'dur ve ana teknik bilgi, kuantum noktalarını bir film halinde birleştirme teknolojisinde yatmaktadır.

2015 yılında Los Alamos Gelişmiş Güneş Fotovoltaik Laboratuvarı Merkezi, yeterince yer kaplayabilen şeffaf bir ışıldayan kuantum yoğunlaştırıcıdan oluşan %3,2 verimli pencereli güneş pilleri için tasarımını önerdi. geniş alan ve kompakt güneş fotoselleri.

Ancak Amerikan Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndan (NREL) maksimum kuantum verimliliğine sahip bir hücre üretmek için en uygun metal kombinasyonunu arayan araştırmacılar, gerçek bir performans rekoru sahibi yarattı - testlerde pillerinin iç ve dış kuantum verimliliği 114'tü. sırasıyla % ve %130.

Bu parametreler, şu anda nispeten küçük bir yüzdeyi (sadece %4,5) gösteren pilin verimliliği değildir; ancak, yalnızca en etkili öğe kombinasyonunun seçilmesinden oluşan çalışmanın ana hedefi, fotoğraf akışı koleksiyonunu optimize etmek değildi. . Bununla birlikte, NREL deneyinden önce hiçbir pilin %100'ün üzerinde bir kuantum verimliliği göstermediğini belirtmekte fayda var.

Gördüğümüz gibi kuantum noktalarının potansiyel pratik uygulama alanları geniş ve çeşitlidir; teorik gelişmeler aynı anda birkaç yönde gerçekleştirilmektedir. Çeşitli alanlarda kitlesel olarak tanıtılmaları bir takım sınırlamalar nedeniyle engellenmektedir: noktaların kendilerinin üretilmesinin yüksek maliyeti, toksisiteleri, kusurları ve üretim teknolojisinin kendisinin ekonomik uygunsuzluğu.

Çok yakın gelecekte kuantum noktalara dayalı bir renk kodlama ve mürekkep işaretleme sistemi yaygınlaşabilir. Bu pazar nişinin henüz işgal edilmediğini, ancak umut verici ve bilgi yoğun olduğunu fark eden IQDEMY şirketi, kimya laboratuvarının (Novosibirsk) araştırma görevlerinden biri olarak, UV ile kürlenebilen mürekkebin en uygun formülasyonunun geliştirilmesini belirledi. ve kuantum noktaları içeren su bazlı mürekkep.

Alınan ilk baskı örnekleri etkileyici ve bu teknolojinin pratik gelişimi için yeni fırsatlar sunuyor:

Kuantum noktaları ve neden kuruldukları

• Kuantum teknolojileri,
• Monitörler ve TV

İyi günler Habrazhiteliki! Sanırım birçok kişi, QD – LED (QLED) ekranlar olarak adlandırılan kuantum nokta teknolojisine dayanan ekranlarla ilgili reklamların giderek daha sık görünmeye başladığını fark etti ve buna rağmen şu an bu sadece pazarlama. LED TV ve Retina'ya benzer şekilde bu, arka ışık olarak kuantum nokta tabanlı LED'leri kullanan LCD ekranlar oluşturmaya yönelik bir teknolojidir.

Mütevazı hizmetkarınız kuantum noktalarının ne olduğunu ve neyle kullanıldığını bulmaya karar verdi.

Tanıtmak yerine

Bir kuantum noktasının enerji spektrumu ayrıktır ve yük taşıyıcının sabit enerji seviyeleri arasındaki mesafe kuantum noktasının büyüklüğüne -ħ/(2md^2) şeklinde bağlıdır; burada:

1. ħ - azaltılmış Planck sabiti;
2. d - karakteristik nokta boyutu;
3. m, bir elektronun bir noktadaki etkin kütlesidir

Kuantum Nokta Türleri

• epitaksiyel kuantum noktaları;
• kolloidal kuantum noktaları.

Kuantum nokta tasarımı

Şimdi ekranlar hakkında

Bir prototip oluşturmak için silikon devre kartına bir katman kuantum nokta çözümü uygulanır ve üzerine bir solvent püskürtülür. Daha sonra tarak yüzeyli bir lastik damga kuantum noktaları katmanına bastırılır, ayrılır ve cam veya esnek plastik üzerine damgalanır. Kuantum noktalarının şeritleri bir alt tabakaya bu şekilde uygulanır. Renkli ekranlarda her piksel kırmızı, yeşil veya mavi bir alt piksel içerir. Buna göre bu renkler en iyi sonucu elde etmek için farklı yoğunluklarda kullanılır. Daha gölgeler.

Geliştirmedeki bir sonraki adım, Bangalore'daki Hindistan Bilim Enstitüsü'nden bilim adamlarının bir makalesinin yayınlanmasıydı. Burada sadece turuncu renkte değil aynı zamanda koyu yeşilden kırmızıya kadar ışık saçan kuantum noktaları tanımlandı.

LCD neden daha kötü?

Not: Kuantum noktalarının uygulama kapsamının yalnızca LED monitörlerle sınırlı olmadığını, diğer şeylerin yanı sıra alan etkili transistörlerde, fotosellerde, lazer diyotlarda kullanılabileceğini ve bunların tıpta ve kuantum hesaplamada kullanılma olasılığının bulunduğunu belirtmekte fayda var. da araştırılıyor.

P.P.S. Kişisel görüşüm hakkında konuşursak, önümüzdeki on yıl boyunca popüler olmayacaklarına inanıyorum, az tanındıkları için değil, bu ekranların fiyatları çok yüksek olduğu için, ama yine de kuantumun artacağını ummak istiyorum. puanlar tıpta da kullanım alanı bulacak ve sadece karı artırmak için değil, aynı zamanda iyi amaçlar için de kullanılacak.

Etiketler:

• QLED
• NEDEN OLMUŞ
• Kuantum ekranı

Kuantum noktaları- bunlar minik kristaller, ışık yayan hassas bir şekilde ayarlanabilen renk değeriyle. Kuantum teknolojisi nokta LED'i Teorik olarak cihazların nihai maliyetini etkilemeden görüntü kalitesini önemli ölçüde artırır :).

Geleneksel LCD TV'ler insan gözünün algılayabildiği renk aralığının yalnızca %20-30'unu kapsayabilmektedir. Görüntü oldukça gerçekçi ancak bu teknoloji seri üretime yönelik değil büyük köşegenler görüntüler. TV pazarını takip edenler Sony'nin 2013'ün başında ilk akıllı telefonunu tanıttığını hatırlar. Kuantum noktalarına dayalı TV (Quantum dot LED, QLED). Büyük TV üreticileri bu yıl quantum dot TV modellerini piyasaya sürecek; Samsung bunları zaten Rusya'da SUHD adı altında sundu, ancak bununla ilgili daha fazla bilgiyi makalenin sonunda bulabilirsiniz. QLED teknolojisi kullanılarak üretilen ekranların halihazırda alıştığımız LCD TV'lerden nasıl farklı olduğunu öğrenelim.

LCD TV'ler saf renklerden yoksundur

Sonuçta sıvı kristal ekranlar 5 katmandan oluşur: kaynak Beyaz ışık Birkaç polarizasyon filtresinden geçen LED'ler tarafından yayılır. Önde ve arkada bulunan filtreler, sıvı kristallerle birlikte geçen ışık akısını kontrol ederek parlaklığını azaltır veya artırır. Bu, filtrelerden geçen ışık miktarını (kırmızı, yeşil, mavi) etkileyen piksel transistörleri sayesinde gerçekleşir. Filtrelerin uygulandığı bu üç alt pikselin oluşturduğu renk, pikselin belirli bir renk değerini verir. Renk karışımı oldukça düzgün bir şekilde gerçekleşir, ancak bu şekilde saf kırmızı, yeşil veya mavi elde etmek kesinlikle imkansızdır. Tökezleyen blok, yalnızca belirli bir uzunluktaki bir dalgayı değil, farklı uzunluklarda bir dizi dalgayı ileten filtrelerdir. Örneğin turuncu ışık aynı zamanda kırmızı filtreden de geçer.

Bir LED, kendisine voltaj uygulandığında ışık yayar. Bu sayede elektronlar (e) N tipi malzemeden P tipi malzemeye aktarılır. N tipi malzeme aşırı sayıda elektrona sahip atomlar içerir. P tipi malzeme elektron içermeyen atomlar içerir. Fazla elektronlar ikincisine girdiğinde, ışık biçiminde enerji açığa çıkarırlar. Geleneksel bir yarı iletken kristalde bu, genellikle birçok farklı dalga boyunun ürettiği beyaz ışıktır. Bunun nedeni elektronların farklı enerji seviyelerinde olabilmesidir. Sonuç olarak, ortaya çıkan fotonlar (P) farklı enerjilere sahiptir ve bu da farklı radyasyon dalga boylarına neden olur.

Kuantum noktalarıyla ışık stabilizasyonu

İÇİNDE QLED TV'ler Kuantum noktaları bir ışık kaynağı görevi görür; bunlar yalnızca birkaç nanometre boyutunda kristallerdir. Bu durumda ışık filtreli bir katmana gerek yoktur, çünkü bunlara voltaj uygulandığında kristaller her zaman açıkça tanımlanmış bir dalga boyuna ve dolayısıyla renk değerine sahip ışık yayarlar. Bu etki Bu, bir elektronun tıpkı bir atomda olduğu gibi yalnızca sınırlı bir alanda hareket edebildiği kuantum noktasının çok küçük boyutuyla elde edilir. Bir atomda olduğu gibi, bir kuantum noktasının elektronu da yalnızca kesin olarak tanımlanmış enerji düzeylerini işgal edebilir. Bu enerji seviyelerinin aynı zamanda malzemeye de bağlı olması nedeniyle kuantum noktalarının optik özelliklerinin özel olarak ayarlanması mümkün hale gelir. Örneğin kırmızı renk elde etmek için boyutu yaklaşık 10-12 nm olan kadmiyum, çinko ve selenyum alaşımından (CdZnSe) kristaller kullanılır. Sarı, yeşil ve için uygun kadmiyum ve selenyum alaşımı mavi renkler ikincisi, 2-3 nm boyutunda bir çinko-kükürt bileşiğinden nanokristaller kullanılarak da elde edilebilir.

Seri üretim mavi kristallerçok karmaşık ve pahalı, bu nedenle Sony'nin 2013'te sunduğu TV "safkan" değil Kuantum noktalarını temel alan QLED TV. Ürettikleri ekranların arkasında, ışığı kırmızı ve yeşil nanokristallerden oluşan bir katmandan geçen mavi LED'lerden oluşan bir katman bulunuyor. Sonuç olarak, esasen şu anda yaygın olarak kullanılan ışık filtrelerinin yerini alıyorlar. Bu sayede renk gamı ​​geleneksel LCD TV'lere göre %50 oranında artıyor ancak "saf" bir QLED ekran seviyesine ulaşamıyor. İkincisi, daha geniş bir renk gamına ek olarak başka bir avantaja daha sahiptir: Işık filtreli bir katmana gerek olmadığı için enerji tasarrufu sağlarlar. Bu sayede QLED TV'lerde ekranın ön kısmı da görüntü alıyor. daha fazla ışık Işık akısının yalnızca %5'ini ileten geleneksel TV'lere kıyasla.

Samsung'un kuantum nokta teknolojisini temel alan ekrana sahip QLED TV

Samsung Electronics, Rusya'da quantum dot teknolojisi kullanılarak üretilen birinci sınıf TV'leri tanıttı. 3840 × 2160 piksel çözünürlüğe sahip yeni ürünler ucuz değildi ve amiral gemisi modelinin fiyatı 2 milyon ruble olarak belirlendi.

Yenilikler. Kuantum noktalarına dayalı kavisli Samsung SUHD TV'ler, daha yüksek renksel geriverim, kontrast ve güç tüketimi özellikleri açısından yaygın LCD modellerinden farklılık gösterir. Entegre SUHD Yeniden Düzenleme Motoru, düşük çözünürlüklü video içeriğini 4K'ya yükseltmenize olanak tanır. Buna ek olarak, yeni TV'ler Peak Illuminator ve Precision Black akıllı arka ışık işlevlerine, Nano Crystal Color teknolojisine (renklerin doygunluğunu ve doğallığını artırır), UHD Dimming'e (optimum kontrast sağlar) ve Auto Depth Enhancer'a (belirli alanlar için kontrastı otomatik olarak ayarlar) sahip oldu. resmin). İÇİNDE program temeli TV'ler, güncellenmiş Samsung Smart TV platformuna sahip Tizen işletim sistemini temel almaktadır.

Fiyat:% s. Samsung SUHD TV ailesi, üç bölüm(JS9500, JS9000 ve JS8500), maliyetin 130 bin ruble'den başladığı yer. 48 inçlik UE48JS8500TXRU modelinin Rus alıcılara maliyeti bu kadar. Kuantum noktalı bir TV'nin maksimum fiyatı, 88 inç kavisli ekrana sahip UE88JS9500TXRU modeli için 2 milyon rubleye ulaşıyor.

QLED teknolojisini kullanan yeni nesil TV'ler, Güney Koreli Samsung Electronics ve LG Electronics, Çinli TCL ve Hisense ve Japon Sony tarafından hazırlanıyor. İkincisi, Quantum dot LED teknolojisinin açıklamasında bahsettiğim, quantum dot teknolojisi kullanılarak yapılmış LCD TV'leri zaten piyasaya sürdü.