Kvantumpontok üvegmátrixban. Kvantumpontos tévék – mik az előnyei?
Jó idő napok, Habrazhiteliki! Szerintem sokan észrevették, hogy egyre gyakrabban kezdtek megjelenni a kvantumpont technológián alapuló kijelzőkről, az úgynevezett QD – LED (QLED) kijelzőkről szóló reklámok, és annak ellenére, hogy Ebben a pillanatban ez csak marketing. A LED TV-hez és a Retinához hasonlóan ez az LCD-kijelzők létrehozására szolgáló technológia, amely kvantumpont-alapú LED-eket használ háttérvilágításként.
Alázatos szolgád úgy döntött, hogy kitalálja, mik azok a kvantumpontok, és mire használják őket.
Ahelyett, hogy bemutatnánk
Kvantumpont- vezető vagy félvezető töredéke, amelynek töltéshordozói (elektronok vagy lyukak) mindhárom dimenzióban térben korlátozottak. A kvantumpont méretének olyan kicsinek kell lennie, hogy kvantumhatások jelentősek voltak. Ez akkor érhető el, ha kinetikus energia elektron észrevehetően nagyobb az összes többi energiaskálánál: először is több hőmérsékletet, valamiben kifejezve energiaegységek. A kvantumpontokat az 1980-as évek elején először Alekszej Ekimov szintetizálta üvegmátrixban és Louis E. Brous kolloid oldatokban. A "kvantumpont" kifejezést Mark Reed alkotta meg.A kvantumpont energiaspektruma diszkrét, és a töltéshordozó stacioner energiaszintjei közötti távolság magának a kvantumpontnak a méretétől függ: - ħ/(2md^2), ahol:
- ħ - redukált Planck-állandó;
- d a pont jellemző mérete;
- m az elektron effektív tömege egy pontban
Például, amikor egy elektron alacsonyabb energiaszintre mozog, foton bocsát ki; Mivel beállíthatja a kvantumpont méretét, megváltoztathatja a kibocsátott foton energiáját is, és ezáltal megváltoztathatja a kvantumpont által kibocsátott fény színét is.
A kvantumpontok típusai
Két típusa van:- epitaxiális kvantumpontok;
- kolloid kvantumpontok.
Kvantumpontos kialakítás
A kvantumpont általában egy félvezető kristály, amelyben kvantumhatások valósulnak meg. Egy ilyen kristályban lévő elektron úgy érzi, mintha egy háromdimenziós potenciálkútban lenne, és sok álló energiaszinttel rendelkezik. Ennek megfelelően, amikor egyik szintről a másikra haladunk, a kvantumpont fotont bocsáthat ki. Mindezek mellett az átmenetek könnyen szabályozhatók a kristály méreteinek változtatásával. Lehetőség van arra is, hogy egy elektront magas energiaszintre vigyünk át, és sugárzást kapjunk az alacsonyabban fekvő szintek közötti átmenetből, és ennek eredményeként lumineszcenciát kapunk. Valójában ez megfigyelés ez a jelenségés a kvantumpontok első megfigyeléseként szolgált.Most a kijelzőkről
A teljes értékű kijelzők története 2011 februárjában kezdődött, amikor a Samsung Electronics bemutatta a QLED kvantumpontokra épülő színes kijelző fejlesztését. Ez egy 4 hüvelykes, aktív mátrixszal vezérelt kijelző volt, i.e. Minden egyes színes kvantumpont pixel egy vékonyréteg tranzisztorral be- és kikapcsolható.A prototípus elkészítéséhez egy réteg kvantumpont oldatot visznek fel egy szilícium áramköri lapra, és oldószert permeteznek rá. Ezután egy fésűs felületű gumibélyegzőt préselnek a kvantumpontok rétegébe, szétválasztják és üvegre vagy rugalmas műanyagra bélyegzik. Így kerülnek kvantumpontokból álló csíkok egy hordozóra. A színes kijelzőkben minden képpont tartalmaz egy piros, zöld vagy kék alpixelt. Ennek megfelelően ezeket a színeket különböző intenzitással használják a legtöbbet többárnyalatok.
A fejlesztés következő lépése a bangalore-i Indiai Tudományos Intézet tudósainak cikkének publikálása volt. Hol írták le azokat a kvantumpontokat, amelyek nem csak lumineszkálnak? narancs, hanem a sötétzöldtől a vörösig terjedő tartományban is.
Miért rosszabb az LCD?
A fő különbség a QLED kijelző és az LCD között, hogy utóbbi a színtartománynak csak 20-30%-át képes lefedni. Ezenkívül a QLED TV-kben nincs szükség fényszűrőkkel ellátott réteg használatára, mivel a kristályok, amikor feszültséget kapcsolnak rájuk, mindig világosan meghatározott hullámhosszú és ennek eredményeként azonos színértékű fényt bocsátanak ki.
Számítógépes kijelző eladásáról is volt hír kvantumpontok Kínában. Sajnos nem volt alkalmam saját szememmel ellenőrizni, ellentétben a tévében.
P.S.Érdemes megjegyezni, hogy a kvantumpontok alkalmazási köre nem korlátozódik egyebek mellett a LED-monitorokra, felhasználhatók térhatású tranzisztorokban, fotocellákban, lézerdiódákban, valamint az orvostudományban és a kvantumszámítástechnikában való felhasználásuk lehetősége; is tanulmányozzák.
P.P.S. Ha már az én személyes véleményemről beszélünk, akkor úgy gondolom, hogy a következő tíz évben nem lesznek népszerűek, nem azért, mert kevéssé ismertek, hanem azért, mert ezeknek a kijelzőknek az árai az egekbe szöknek, de továbbra is remélem, a pontok megtalálják majd alkalmazásukat az orvostudományban, és nem csak a profit növelésére, hanem jó célokra is felhasználják.
Címkék: Címkék hozzáadása
2016. december 4-én 22:35-korKvantumpontok és miért vannak telepítve
- Kvantum technológiák,
- Monitorok és TV
Jó napot, Habrazhiteliki! Azt hiszem, sokan észrevették, hogy egyre gyakrabban kezdtek megjelenni a kvantumpont technológián alapuló kijelzőkről, az úgynevezett QD – LED (QLED) kijelzőkről szóló reklámok, annak ellenére, hogy jelenleg ez csak marketing. A LED TV-hez és a Retinához hasonlóan ez az LCD-kijelzők létrehozására szolgáló technológia, amely kvantumpont-alapú LED-eket használ háttérvilágításként.
Alázatos szolgád úgy döntött, hogy kitalálja, mik azok a kvantumpontok, és mire használják őket.
Ahelyett, hogy bemutatnánk
Kvantumpont- vezető vagy félvezető töredéke, amelynek töltéshordozói (elektronok vagy lyukak) mindhárom dimenzióban térben korlátozottak. A kvantumpont méretének elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy a kvantumhatások jelentősek legyenek. Ez akkor érhető el, ha az elektron kinetikus energiája észrevehetően nagyobb, mint az összes többi energiaskálánál: először is nagyobb, mint a hőmérséklet, energiaegységekben kifejezve. A kvantumpontokat az 1980-as évek elején először Alekszej Ekimov szintetizálta üvegmátrixban és Louis E. Brous kolloid oldatokban. A "kvantumpont" kifejezést Mark Reed alkotta meg.A kvantumpont energiaspektruma diszkrét, és a töltéshordozó stacioner energiaszintjei közötti távolság magának a kvantumpontnak a méretétől függ: - ħ/(2md^2), ahol:
- ħ - redukált Planck-állandó;
- d a pont jellemző mérete;
- m az elektron effektív tömege egy pontban
Például, amikor egy elektron alacsonyabb energiaszintre mozog, foton bocsát ki; Mivel beállíthatja a kvantumpont méretét, megváltoztathatja a kibocsátott foton energiáját is, és ezáltal megváltoztathatja a kvantumpont által kibocsátott fény színét is.
A kvantumpontok típusai
Két típusa van:- epitaxiális kvantumpontok;
- kolloid kvantumpontok.
Kvantumpontos kialakítás
A kvantumpont általában egy félvezető kristály, amelyben kvantumhatások valósulnak meg. Egy ilyen kristályban lévő elektron úgy érzi, mintha egy háromdimenziós potenciálkútban lenne, és sok álló energiaszinttel rendelkezik. Ennek megfelelően, amikor egyik szintről a másikra haladunk, a kvantumpont fotont bocsáthat ki. Mindezek mellett az átmenetek könnyen szabályozhatók a kristály méreteinek változtatásával. Lehetőség van arra is, hogy egy elektront magas energiaszintre vigyünk át, és sugárzást kapjunk az alacsonyabban fekvő szintek közötti átmenetből, és ennek eredményeként lumineszcenciát kapunk. Valójában ennek a jelenségnek a megfigyelése szolgált a kvantumpontok első megfigyeléseként.Most a kijelzőkről
A teljes értékű kijelzők története 2011 februárjában kezdődött, amikor a Samsung Electronics bemutatta a QLED kvantumpontokra épülő színes kijelző fejlesztését. Ez egy 4 hüvelykes, aktív mátrixszal vezérelt kijelző volt, i.e. Minden egyes színes kvantumpont pixel egy vékonyréteg tranzisztorral be- és kikapcsolható.A prototípus elkészítéséhez egy réteg kvantumpont oldatot visznek fel egy szilícium áramköri lapra, és oldószert permeteznek rá. Ezután egy fésűs felületű gumibélyegzőt préselnek a kvantumpontok rétegébe, szétválasztják és üvegre vagy rugalmas műanyagra bélyegzik. Így kerülnek kvantumpontokból álló csíkok egy hordozóra. A színes kijelzőkben minden képpont tartalmaz egy piros, zöld vagy kék alpixelt. Ennek megfelelően ezeket a színeket különböző intenzitással használják, hogy minél több árnyalatot kapjanak.
A fejlesztés következő lépése a bangalore-i Indiai Tudományos Intézet tudósainak cikkének publikálása volt. Ahol kvantumpontokat írtak le, amelyek nem csak narancssárgán, hanem a sötétzöldtől a vörösig terjedő tartományban is világítanak.
Miért rosszabb az LCD?
A fő különbség a QLED kijelző és az LCD között, hogy utóbbi a színtartománynak csak 20-30%-át képes lefedni. Ezenkívül a QLED TV-kben nincs szükség fényszűrőkkel ellátott réteg használatára, mivel a kristályok, amikor feszültséget kapcsolnak rájuk, mindig világosan meghatározott hullámhosszú és ennek eredményeként azonos színértékű fényt bocsátanak ki.
Arról is érkeztek hírek, hogy Kínában értékesítenek egy kvantumpontokra épülő számítógépes kijelzőt. Sajnos nem volt alkalmam saját szememmel ellenőrizni, ellentétben a tévében.
P.S.Érdemes megjegyezni, hogy a kvantumpontok alkalmazási köre nem korlátozódik egyebek mellett a LED-monitorokra, felhasználhatók térhatású tranzisztorokban, fotocellákban, lézerdiódákban, valamint az orvostudományban és a kvantumszámítástechnikában való felhasználásuk lehetősége; is tanulmányozzák.
P.P.S. Ha már az én személyes véleményemről beszélünk, akkor úgy gondolom, hogy a következő tíz évben nem lesznek népszerűek, nem azért, mert kevéssé ismertek, hanem azért, mert ezeknek a kijelzőknek az árai az egekbe szöknek, de továbbra is remélem, a pontok megtalálják majd alkalmazásukat az orvostudományban, és nem csak a profit növelésére, hanem jó célokra is felhasználják.
Címkék:
- QLED
- VEZETTE
- Kvantum kijelző
A kisdimenziós félvezető heterostruktúrák fizikájának legfontosabb objektumai az úgynevezett kvázi-nulladimenziós rendszerek vagy kvantumpontok. Adni pontos meghatározás A kvantumpontok meglehetősen bonyolultak. Ennek az az oka, hogy a fizikai irodalomban a kvantumpontok a kvázi nulldimenziós rendszerek széles osztályát jelentik, amelyekben az elektronok, lyukak és excitonok energiaspektrumának méretkvantálásának hatása megnyilvánul. Ebbe az osztályba elsősorban a félvezető kristályok tartoznak, amelyeknél mindhárom térbeli dimenzió az ömlesztett anyagban lévő exciton Bohr-sugár nagyságrendjében van. Ez a meghatározás feltételezi, hogy a kvantumpont vákuum-, gáz- vagy folyékony környezetben van, vagy más szilárd anyagra korlátozódik, mint az az anyag, amelyből készült. Ebben az esetben a kvantumpontokban az elemi gerjesztések háromdimenziós térbeli korlátja az interfészek jelenlétének köszönhető. különféle anyagokés a környezetek, azaz a heterohatárok megléte. Az ilyen kvantumpontokat gyakran mikro- vagy nanokristályoknak nevezik. Ez az egyszerű definíció azonban nem teljes, mivel vannak olyan kvantumpontok, amelyekhez egy vagy két dimenzióban nincs heterointerfész. Ennek ellenére az elektronok, lyukak vagy excitonok mozgása az ilyen kvantumpontokban térben korlátozott a potenciálkutak jelenléte miatt, amelyek például a mechanikai feszültségek vagy a félvezető rétegek vastagságának ingadozása miatt keletkeznek. Ebben az értelemben azt mondhatjuk, hogy kvantumpont bármely olyan háromdimenziós potenciál, amely félvezető anyaggal van kitöltve, jellemző méretekkel, amelyben az elektronok, lyukak és excitonok mozgása térben három dimenzióban korlátozott.
Kvantumpont gyártási módszerek
A különböző kvantumpontok sokfélesége között több fő típus is megkülönböztethető, amelyekben leggyakrabban használnak kísérleti tanulmányokés alkalmazások. Mindenekelőtt ezek folyadékokban, üvegekben és nagy résű dielektrikumok mátrixaiban lévő nanokristályok (1. ábra). Ha üvegmátrixban termesztik, általában gömb alakúak. Egy ilyen szilikátüvegbe ágyazott CuCl kvantumpontokból álló rendszerben fedezték fel először az excitonok háromdimenziós méretkvantálásának hatását az egyfotonos abszorpció vizsgálatakor. Ez a munka jelentette a kezdetet gyors fejlődés kvázi nulldimenziós rendszerek fizikája.
1. ábra.
A kristályos dielektromos mátrix kvantumpontjai lehetnek téglalap alakú paralelepipedonok, mint a NaCl-be ágyazott CuCl-alapú kvantumpontok esetében. A nanokristályok szintén kvantumpontok, amelyeket cseppepitaxiával félvezető mátrixokban növesztettek.
Másoknak fontos típus A kvantumpontok úgynevezett önszerveződő kvantumpontok, amelyeket Sztranski-Krastanov módszerrel állítanak elő molekuláris nyaláb epitaxiás technikával (2. ábra). Az övék jellegzetes tulajdonsága az, hogy egy ultravékony nedvesíthető rétegen keresztül kapcsolódnak egymáshoz, amelynek anyaga egybeesik a kvantumpontok anyagával. Így ezekből a kvantumpontokból hiányzik az egyik heterointerfész. Ez a típus elvileg tartalmazhat porózus félvezetőket, például porózus Si-t, valamint a vékony félvezetőrétegekben lévő potenciállyukakat, amelyek a rétegek vastagságának ingadozása miatt keletkeznek.
2. ábra.
3. ábra. Szerkezet mechanikai feszültség által kiváltott InGaAs kvantumpontokkal. 1 - lefedő GaAs réteg; 2 - önszerveződő InP kvantumpontok, amelyek mechanikai feszültségeket állítanak be, ami háromdimenziós potenciálkutak megjelenéséhez vezet az InGaAs rétegben; 3. és 6. - GaAs pufferrétegek; 4 - vékony InGaAs kvantumkút, amelyben mechanikai feszültség által indukált kvantumpontok képződnek; 5 - kvantumpontok; 7 - GaAs szubsztrát. A szaggatott vonalak a mechanikai igénybevételi profilokat mutatják.
A mechanikai igénybevétel által kiváltott kvantumpontok a harmadik típusba sorolhatók (3. ábra). Vékony félvezető rétegekben jönnek létre a mechanikai feszültségek következtében, amelyek a heterointerfész anyagok rácsállandóinak eltéréséből adódnak. Ezek a mechanikai feszültségek az elektronok, lyukak és excitonok háromdimenziós potenciálkútjának megjelenéséhez vezetnek egy vékony rétegben. ábrából 3. Nyilvánvaló, hogy az ilyen kvantumpontoknak nincs kétirányú heterointerfésze.
Kvantumpontok apró kristályok, amelyek pontosan szabályozott színértékekkel bocsátanak ki fényt. A Quantum dot LED technológia jelentősen javítja a képminőséget anélkül, hogy az eszközök végső költségét befolyásolná, elméletileg :).
A hagyományos LCD TV-k az általuk érzékelhető színtartománynak csak 20-30%-át képesek lefedni. emberi szem. A kép nem túl valósághű, de ezt a technológiát nem összpontosított tömegtermelés nagy átlók megjeleníti. Azok, akik követik a TV-piacot, emlékeznek arra, hogy 2013 elején a Sony bemutatta az elsőt Kvantumpontokon alapuló TV (Quantum dot LED, QLED). Nagy gyártók A tévék még idén kiadják a kvantumpontos tévémodelleket a Samsung már bemutatta őket Oroszországban SUHD néven, de erről bővebben a cikk végén. Nézzük meg, miben különböznek a QLED technológiával készült kijelzők a már megszokott LCD TV-ktől.
Az LCD TV-kből hiányoznak a tiszta színek
Végül is a folyadékkristályos kijelzők 5 rétegből állnak: a forrás az fehér fény LED-ek által kibocsátott, amely több polarizációs szűrőn halad át. Szűrők elöl és hátul, együtt folyadékkristályok szabályozza az átmenő fényáramot, csökkenti vagy növeli a fényerejét. Ez a pixel tranzisztoroknak köszönhető, amelyek befolyásolják a szűrőkön (piros, zöld, kék) áthaladó fény mennyiségét. Ennek a három alpixelnek a generált színe, amelyre szűrőket alkalmazunk, a pixel bizonyos színértékét adja meg. A színkeverés meglehetősen gördülékenyen megy végbe, de egyszerűen lehetetlen így tiszta vöröset, zöldet vagy kéket kapni. A buktatók azok a szűrők, amelyek nem csak egy bizonyos hosszúságú hullámot továbbítanak, hanem egész sor különböző hullámhosszak. Például a narancssárga fény egy piros szűrőn is áthalad.
A LED fényt bocsát ki, ha feszültséget kapcsolunk rá. Ennek köszönhetően az (e) elektronok az N típusú anyagból a P típusú anyagba kerülnek. Az N típusú anyag több elektronszámú atomokat tartalmaz. A P típusú anyag olyan atomokat tartalmaz, amelyekből hiányoznak az elektronok. Amikor a felesleges elektronok belépnek az utóbbiba, energiát szabadítanak fel fény formájában. A hagyományos félvezető kristályoknál ez jellemzően fehér fény, amelyet sok különböző hullámhossz állít elő. Ennek az az oka, hogy az elektronok különböző energiaszintűek lehetnek. Ennek eredményeként a keletkező fotonok (P) eltérő energiájúak, ami ebben fejeződik ki különböző hosszúságú sugárzási hullámok.
Fénystabilizálás kvantumpontokkal
BAN BEN QLED tévék A kvantumpontok fényforrásként működnek – ezek csak néhány nanométer méretű kristályok. Ilyenkor nincs szükség fényszűrőkkel ellátott rétegre, hiszen feszültség alá helyezéskor a kristályok mindig világosan meghatározott hullámhosszúságú, így színértékű fényt bocsátanak ki. Ez a hatás egy kvantumpont kicsiny méretével érhető el, amelyben az elektron, akárcsak az atomban, csak korlátozott térben képes mozogni. Az atomhoz hasonlóan a kvantumpont elektronja is csak szigorúan meghatározott elektronokat foglalhat el energiaszintek. Tekintettel arra, hogy ezek az energiaszintek az anyagtól is függenek, lehetővé válik a célzás a optikai tulajdonságok kvantumpontok. Például a vörös szín eléréséhez kadmium, cink és szelén ötvözetéből (CdZnSe) származó kristályokat használnak, amelyek mérete körülbelül 10-12 nm. Kadmium és szelén ötvözet alkalmas sárga, zöld és kék színek, ez utóbbi 2-3 nm méretű cink-kén vegyületből származó nanokristályok felhasználásával is előállítható.
Tömegtermelés kék kristályok nagyon bonyolult és drága, így a Sony által 2013-ban bemutatott tévé nem egy „telivér” Kvantumpontokon alapuló QLED TV. Kijelzőik hátulján kék LED-réteg található, amelyek fénye vörös és zöld nanokristályok rétegén halad át. Ennek eredményeként lényegében lecserélik a jelenleg elterjedt fényszűrőket. Ennek köszönhetően a színskála 50%-kal nő a hagyományos LCD TV-khez képest, de nem éri el a „tiszta” QLED képernyő szintjét. Utóbbiak a szélesebb színskála mellett van még egy előnyük: energiát takarítanak meg, hiszen nincs szükség fényszűrős rétegre. Ennek köszönhetően a QLED tévék képernyőjének elülső része is több fényt kap, mint a hagyományos tévékben, amelyek a fényáramnak csak körülbelül 5%-át továbbítják.
QLED TV Quantum Dot kijelzővel a Samsungtól
A Samsung Electronics prémium TV-ket mutatott be Oroszországban, amelyek kvantumpont technológiával készültek. A 3840 × 2160 pixel felbontású új termékek nem voltak olcsók, és a zászlóshajó modell ára 2 millió rubel volt.
Innovációk. Az ívelt Samsung SUHD kvantumpontos TV-k sokkal különböznek a szokásos LCD-modellektől nagy teljesítményű színvisszaadás, kontraszt és energiafogyasztás. Az integrált SUHD Remastering Engine lehetővé teszi az alacsony felbontású videotartalmak 4K-ra skálázását. Ezen kívül az új tévék megkapták a Peak Illuminator és a Precision Black intelligens háttérvilágítási funkciókat, a Nano Crystal Color technológiát (javítja a színek telítettségét és természetességét), az UHD tompítást (optimális kontrasztot biztosít) és az Auto Depth Enhancert (automatikusan beállítja a kontrasztot bizonyos területeken a képről). A televíziók szoftveres alapja az operációs rendszer Tizen a frissített Samsung Smart TV platformmal.
Árak. A Samsung SUHD TV család három sorozatban kerül bemutatásra (JS9500, JS9000 és JS8500), ahol az ár 130 ezer rubeltől kezdődik. Ennyibe kerül az orosz vásárlóknak a 48 hüvelykes UE48JS8500TXRU modell. A kvantumpontokkal rendelkező TV maximális ára eléri a 2 millió rubelt - az UE88JS9500TXRU modell esetében, 88 hüvelykes ívelt kijelzővel.
QLED technológiát használó új generációs tévéket készít a dél-koreai Samsung Electronics és az LG Electronics, a kínai TCL és Hisense, valamint a japán Sony. Utóbbinál már megjelentek a kvantumpont technológiával készült LCD TV-k, amit a Quantum dot LED technológia leírásánál említettem.
A „nanotechnológia” egy szó összetett történelemés az orosz nyelvű szövegkörnyezet sajnos kissé hiteltelen. Ha azonban figyelmen kívül hagyjuk az ironikus társadalmi-gazdasági vonatkozásokat, akkor kijelenthetjük, hogy a nanotechnológia mögött utóbbi évek egy tudományos és elméleti koncepcióból olyan formákat öltött, amelyek belátható időn belül valódi kereskedelmi termékekké válhatnak és beléphetnek életünkbe.
Jó példa erre a kvantumpontok. A félvezető nanorészecskéket használó technológiák fokozatosan teljesen alkalmazásra találnak különböző területeken: orvostudomány, nyomda, fotovoltaika, elektronika - a termékek egy része még prototípus szinten létezik, helyenként részben megvalósult a technológia, néhány pedig már gyakorlati használatban van.
Tehát mi az a „kvantumpont”, és mivel eszik?
A kvantumpont egy szervetlen nanokristály félvezető anyag(szilícium, indium-foszfid, kadmium-szelenid). A „nano” azt jelenti, hogy ppm-ben mérik, és az ilyen kristályok mérete 2 és 10 nanométer között van. Kis méretük miatt a nanorészecskékben lévő elektronok nagyon eltérően viselkednek, mint az ömlesztett félvezetőkben.
A kvantumpont energiaspektruma heterogén, külön energiaszinttel rendelkezik egy elektron (negatív töltésű részecske) és egy lyuk számára. A félvezetőkben lévő lyuk kitöltetlen vegyértékkötés, hordozó pozitív töltés számszerűen egyenlő az elektronnal, akkor jelenik meg, amikor az atommag és az elektron közötti kötés megszakad.
Ha olyan feltételek jönnek létre, amelyek között a kristályban lévő töltéshordozó szintről szintre mozog, akkor ezen átmenet során foton bocsát ki. A részecskeméret megváltoztatásával szabályozhatja ennek a sugárzásnak az abszorpciós frekvenciáját és hullámhosszát. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a pont szemcseméretétől függően besugárzáskor különböző színben fognak világítani.
A sugárzás hullámhosszának a részecskeméreten keresztül történő szabályozásának képessége lehetővé teszi, hogy a kvantumpontokból stabil anyagokat nyerjünk, amelyek az általuk elnyelt energiát átalakítják fénysugárzás– fotostabil fényporok.
A kvantumpontokon alapuló megoldások számos, az adott területek számára fontos paraméterben felülmúlják a hagyományos szerves és szervetlen foszforokat. praktikus alkalmazás, amelyben pontos hangolható lumineszcencia szükséges.
A kvantumpontok előnyei:
- Fénystabil, több évig megőrzi fluoreszkáló tulajdonságait.
- Nagy ellenállás a fényfakulás ellen: 100-1000-szer nagyobb, mint a szerves fluoroforoké.
- A fluoreszcencia magas kvantumhozama – akár 90%.
- Széles gerjesztési spektrum: UV-től IR-ig (400 – 200 nm).
- Magas színtisztaság a magas fluoreszcenciacsúcsoknak köszönhetően (25-40 nm).
- Magas ellenállás a kémiai lebomlással szemben.
Egy másik előny, különösen a nyomtatásnál, hogy a kvantumpontokból szolokat lehet készíteni – nagy diszperzitású kolloid rendszereket folyékony közeggel, amelyben eloszlanak. finom részecskék. Ez azt jelenti, hogy felhasználhatók tintasugaras nyomtatásra alkalmas megoldások előállítására.
A kvantumpontok alkalmazási területei:
Az okmányok és termékek hamisítás elleni védelme:értékpapírok, bankjegyek, személyi igazolványok, bélyegzők, pecsétek, bizonyítványok, tanúsítványok, plasztikkártyák, védjegyek. Kereskedelmi igény lehet a kvantumpontokon alapuló többszínű kódrendszer a termékek színjelölésére az élelmiszer-, gyógyszeripari, vegyipar, ékszerek, műalkotások.
Tekintettel arra, hogy a folyékony alap lehet vízbázisú vagy UV-keményíthető, kvantumpontos tintával szinte bármilyen tárgy megjelölhető - papír és egyéb nedvszívó alapokhoz - vízbázisú tinta, illetve nem nedvszívó (üveg) , fa, fém, szintetikus polimerek , kompozitok) – UV tinta.
Marker az orvosi és biológiai kutatásokban. Tekintettel arra, hogy a kvantumpontok felületén biológiai markerek, DNS- és RNS-fragmensek, amelyek egy adott típusú sejtre reagálnak, alkalmazhatók, kontrasztként használhatók a biológiai kutatásokban és a rákdiagnosztikában. korai szakaszaiban amikor a daganatot standard diagnosztikai módszerekkel még nem mutatják ki.
A kvantumpontok fluoreszcens jelölőként történő alkalmazása a tumorsejtek in vitro tanulmányozására az egyik legígéretesebb és leggyorsabb. fejlődő területeken A kvantumpontok alkalmazása a biomedicinában.
Ennek a technológiának a tömeges megvalósítását csak a kvantumpontokkal való kontrasztok invivo vizsgálatokban való alkalmazásának biztonságosságának kérdése nehezíti, mivel a legtöbb Nagyon mérgező anyagokból készülnek, méretük pedig olyan kicsi, hogy könnyen áthatol a test bármely korlátján.
Kvantumpont kijelzők: QLED – a LED-es háttérvilágítású LCD-kijelzők kvantumpontok felhasználásával történő létrehozásának technológiáját a vezető elektronikai gyártók már tesztelték. Ennek a technológiának a használata lehetővé teszi a kijelző energiafogyasztásának csökkentését, a fényáram 25-30%-os növelését a LED-képernyőkhöz képest, gazdagabb színeket, tiszta színvisszaadást, színmélységet, valamint a képernyők ultravékony és rugalmas kialakítását.
Az első ilyen technológiát alkalmazó kijelző prototípusát a Samsung 2011 februárjában mutatta be, az első számítógépes kijelzőt pedig a Philips adta ki.
Kvantumpontok segítségével állít elő vörös és zöld színeket a kék LED-ek emissziós spektrumából, ami a természeteshez közeli színvisszaadást biztosítja. 2013-ban a Sony kiadott egy QLED képernyőt, amely ugyanezen az elven működik. BAN BEN Ebben a pillanatban ez a technológia a nagy képernyők előállítására nem rendelkezik széles körű alkalmazás a magas előállítási költségek miatt.
Kvantumpont lézer. Az a lézer, amelynek munkaközege a kibocsátó tartományban található kvantumpontok, számos előnnyel rendelkezik a hagyományos, kvantumkutakra épülő félvezető lézerekhez képest. Van nekik jobb tulajdonságok frekvenciasáv, zajintenzitás tekintetében kevésbé érzékenyek a hőmérséklet-változásokra.
Tekintettel arra, hogy a kvantumpont összetételének és méretének megváltoztatása lehetővé teszi egy ilyen lézer aktív közegének szabályozását, lehetővé vált, hogy olyan hullámhosszokon dolgozzunk, amelyek korábban elérhetetlenek voltak. Ezt a technológiát a gyakorlatban aktívan használják az orvostudományban, segítségével lézerszikét hoztak létre.
Energia
A vékonyfilmes napelemek több modelljét is kvantumpontok alapján fejlesztették ki. Ezek alapulnak következő elv hatás: a fény fotonjai kvantumpontokat tartalmazó fotovoltaikus anyagba ütköznek, és olyan elektron-lyuk pár kialakulását serkentik, amelynek energiája egyenlő vagy nagyobb annál a minimális energiánál, amely egy adott félvezetőben egy elektronnak a kötött állapotból szabadba való átmenetéhez szükséges. egy. Az anyag nanokristályainak méretének változtatásával lehetőség nyílik a fotovoltaikus anyag „energiateljesítményének” változtatására.
Ezen elv alapján már több eredeti működő prototípus is készült. különféle típusok napelemek.
2011-ben a Notre Dame Egyetem kutatói egy titán-dioxid alapú „napfényfestéket” javasoltak, amelynek alkalmazása bármilyen tárgyat napelem. Meglehetősen alacsony hatásfokkal rendelkezik (mindössze 1%), de olcsó az előállítása és nagy mennyiségben is előállítható.
2014-ben a massachusettsi tudósok technológiai Intézet eljárást mutatott be napelemek ultravékony rétegekből kvantumpontokból történő előállítására, fejlesztésük hatékonysága 9%, a fő know-how pedig a kvantumpontok filmmé kombinálásának technológiájában rejlik.
2015-ben a Los Alamos Center for Advanced Solar Photovoltaics Laboratory javaslatot tett a 3,2%-os hatásfokú ablakos napelemekre, amelyek egy átlátszó lumineszcens kvantumkoncentrátorból állnak, amely elegendő helyet foglalhat el. nagy területés kompakt napelemes fotocellák.
Az Amerikai Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL) kutatói azonban a fémek optimális kombinációját keresve a maximális kvantumhatékonyságú cella előállításához valódi teljesítményrekordot hoztak létre – akkumulátoruk belső és külső kvantumhatékonysága a tesztekben 114 volt. %, illetve 130%.
Ezek a paraméterek nem az akkumulátor hatékonyságát mutatják, amely most viszonylag kis százalékot mutat - csak 4,5%, de a fotófolyam-gyűjtés optimalizálása nem kulcsfontosságú cél kutatás, amely csak az elemek leghatékonyabb kombinációjának kiválasztásából állt. Érdemes azonban megjegyezni, hogy az NREL kísérlet előtt egyetlen akkumulátor sem mutatott 100%-nál nagyobb kvantumhatékonyságot.
Amint látjuk, a kvantumpontok gyakorlati alkalmazási területei szélesek és változatosak, egyszerre több irányban is folyik az elméleti fejlesztés. Tömeges bevezetésük be különböző területek számos korlát hátráltatja: maguknak a pontoknak a előállításának magas költsége, toxicitásuk, tökéletlenségük és magának a gyártási technológiának a gazdasági céltalansága.
A közeljövőben a rendszer széles körben elterjedhet színkódolásés kvantumpontos tintákkal történő jelölések. Felismerve, hogy ez a piaci rés még nem foglalt, de ígéretes és tudásintenzív, az IQDEMY cég kutatási feladatai közé tartozik. kémiai laboratórium(Novoszibirszk) meghatározta az UV-sugárzással keményedő tinta és a kvantumpontokat tartalmazó vízbázisú tinta optimális összetételének kidolgozását.
Az első beérkezett nyomtatási minták lenyűgözőek, és további távlatokat nyitnak e technológia gyakorlati fejlesztése előtt:
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete