A kvantumpontok tulajdonságai. Quantum dot LED - egy új technológia a kijelzők előállításához
A „nanotechnológia” egy szó bonyolult 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 olyan stabil anyagokat nyerjünk, amelyek az általuk elnyelt energiát fénysugárzássá - fotostabil foszforokká - alakítják.
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. Megértve, hogy ez a piaci rés még nem foglalt, de ígéretes és tudásintenzív, az IQDEMY cég egyik kutatási feladata. 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:
A modern világ tele van mindenféle információval. Az embereket különösen érdekli a környék orvosi felfedezések. Gyakran hallani olyan csodálatos eszközről, mint a Pankov szemüveg. Sok gyakorló véleménye meglehetősen biztató, de vannak olyan benyomások is, amelyek nem olyan rózsásak, mint a készülék reklámozása ígéri. Mik azok a csodaszemüvegek, és mi a használatuk lényege a felnőttek és gyermekek látásjavításában?
A szem befolyásolásának módszere Pankov professzor kvantumszemüvegével
A lényeg innovatív módszertan Pankov szemkezelése a látás helyreállításából áll azáltal, hogy a retinát színes sugárzásnak teszik ki. Az emberi szem szerkezete olyan, hogy az agy bizonyos idegvégződésekhez intézett impulzusai alapján megkülönbözteti a színeket. Ha a szemet gyors ütemben érik különféle színsugárzások, minden szövet és idegvégződés felizgat, javul a vérellátás, és újjáélednek azok a területek, amelyek már nem látják el funkciójukat.
Sokak által használt új készülék egészségügyi központok látás helyreállítására, pozitív vélemények vannak. A Pankov szemüvege a szemészet és a színterápia területén számos szakértő szerint megérdemli azoknak az embereknek a figyelmét, akik elveszítik látásukat vagy mellékhatásokat okoznak a számítógéppel végzett munka során.
Lényegében a Pankov kvantumszemüvege egy edzésstimulátor, amely javítja a szemkészülék egyes összetevőinek élettani rendeltetését. Manapság sok vélemény arra összpontosít, hogy mi is a Pankov-féle kvantumszemüveg. A vélemények lehetnek hízelgőek és negatívak is.
Hol találok részletes információkat a Pankov készülékről?
A szerző, Pankov professzor írta, mielőtt az eszköz projektjét jóváhagyták és tömeggyártásra engedélyezték az orvosi területen, az emberek látásának kezelésére. érdekes munka a látás helyreállításának lehetőségei témában pontosan azáltal, hogy a szemet a szivárvány minden árnyalatának kiteszik.
Hogyan néz ki Pankov szemüvege, az eszközről szóló vélemények probléma nélkül megtalálhatók. De a különböző eladók egymásnak ellentmondó információi alapján nem mindig lehet pontosan megérteni, hogy ez az eszköz valójában mit kezel és hogyan kell használni. Ezért a legtöbb esetben azok, akik valóban segítségre szorulnak látásuk helyreállításában, magyarázatért fordulnak a professzor könyvéhez, amely leírja élettani jelentősége minden szín - „Epiphany szivárványa”. Pankov szemüvege és a róla szóló vélemények közvetlenül kapcsolódnak a könyvhöz.
Ma az orvostechnikai eszközök piaca szinte minden második esetben tele van hamisítványokkal, az eladott eszközök használati útmutatója a szerző forrásából származó leírást tartalmaz, de a gyakorlati felhasználást illetően nem teljesen konkrét.
A könyv a világítás befolyásolásának módszereit írja le, ami egy bemelegítés. De az olyan gyakorlatok, mint például a halak megfigyelése az akváriumban színes világítással, nem mindig hatékonyak. De a szerző által megalkotott eszköz - Pankov professzor szemüvege - munkája ritmusa miatt megérdemelt elismerést kapott. A vélemények természetesen nem adhatnak részletes választ az eszköz hatékonyságáról. Ahhoz, hogy megbízható értékelést kapjon a látás helyreállítására szolgáló szemüvegről, ismernie kell a hivatásos szemészek véleményét is.
Szemorvos felírása nélkül a készüléket nem használják a gyakorlatban. Ennek hatását szakmailag csak szakember tudja felmérni.
A szemüveg hatása a látás helyreállítására
A Pankov szemüveg a következő módon hat a szemre:
- masszázs történik a mellékelt fényjelek hatására szemizmok; a pupilla görcse enyhül, amely edzés közben szűkül vagy kitágul;
- a szemészeti apparátus ritmikus működése miatt javul az intraokuláris folyadék kiáramlása, és a szem elülső kamrája ingadozásokat kap a képészlelés mélységében;
- az izomösszehúzódás javítja a vérkeringést, aminek köszönhetően a szem retinájában hatékony mikrokeringés lép fel, javul az összes szövet táplálkozása, ezáltal javul a vizuális érzékelés.
A legtöbb esetben a Pankov szemüveg pozitív értékelést érdemel, ha szimulátorként használják az előrehaladott szembetegségek megelőzésére, valamint olyan emberek látásának képzésére, akiknek szakmai tevékenységi területe nagy terhelést jelent a látásra: informatikusok, könyvelők, pénztárosok , kutatók, pilóták.
A Pankov szemüveget szemorvos írja fel a kezdeti fokozat szürkehályog, asthenopia, amblyopia, progresszív rövidlátás, zöldhályog, strabismus, rövidlátás, fejlett távollátás, retina dystrophia.
Pozitív vélemények alapján a Pankov szemüveg a posztoperatív időszakban a szövődmények megelőzésére is ajánlott, ha műtétet végeztek a szem területén.
A szemüveg használatát meghatározó tényezők
- Az összes véleményt elemezve, a Pankov szemüveget szimulátorként kell használni az irodai dolgozók számára, akiknek ténylegesen nincs szünetük a munkájukban a számítógépes berendezések adatainak feldolgozása közben.
- Azok a diákok is pozitívan nyilatkoznak a készülékekről, akiknek éjjel-nappal meg kell erőltetniük a szemüket könyvolvasás közben.
- Pankov szemüvege azoknak is hasznos, akik a hagyományos szemüveg helyett modern lencsét viselnek, amitől a szemük elfárad és gyakran kipirosodik.
- Sok esetben a szemész előírja az eszközzel való képzést, ha biztos abban, hogy fennáll egy adott szembetegség kialakulásának veszélye.
- A készülék használata különösen akkor hasznos, ha a szakember a szállás görcsjét diagnosztizálja.
Lehetséges ellenjavallatok egy innovatív látásszimulátor használatához
A Pankov készülék használata nem megengedett súlyos gyulladásos folyamatok esetén a szemekben, mentális betegség, onkológia, betegségek a központi idegrendszer, terhesség, súlyos formák cukorbetegség, tüdőgümőkór, szívinfarktus vagy szélütés utáni felépülés, három éven aluli gyermekek gyakorlása nem javasolt.
A látás helyreállítására szolgáló eszköz használatának minden előnye és hátránya
Mint fentebb említettük, sokan, akik a gyakorlatban találkoztak Pankov szemüvegével, megjegyzik pozitív hatás szemész felügyelete mellett végzett kúra befejezése után. Betegek száma gyermekkoráltalában meghaladja a közép- és időskorú betegek számát. A gyakorlat megmutatja a korrekció fontosságát a korai életkorban.
Azok az emberek, akik úgy döntenek, hogy orvosi rendelvény nélkül használják a készüléket, nem tudják professzionálisan értékelni a hatást, ezért van sok negatív vélemény, amely ezt a felfedezést nem mással, mint habozással társítja.
Szakképzett szemészek tanácsai a Pankov szemüveg használatával kapcsolatban
Minden szemész, mielőtt felírná a Pankov-szemüveges kezelést, mindig egyértelmű diagnózist készít. Előfordulhat, hogy az eszköz nem eredményez pozitív változásokat a látás javításában, ha a betegség túl előrehaladott. A Pankov szemüveg csak gyógyszeres kezelés után, a gyulladás enyhülése után használható.
Hol vásárolhatok Pankov szemüveget?
Amit a fentiek alapján semmiképpen nem szabad megtennie, az az, hogy az eszközt online boltokon keresztül vásárolja meg. Ennek az az oka, hogy sok a hatékony orvostechnikai eszköz hamisítása és sok a reklám.
Sőt, a készülék reklámja benn nagyobb mértékben a vásárló figyelmét nem a képzési céljára összpontosítja, hanem arra gyógyászati tulajdonságai. Pankov szemüvegét különösen aktívan kínálják a nagyvárosok webhelyein. Tehát példaként felmértük a szentpétervári lakosok véleményét erről az eszközről, akik igyekeztek virtuális eladókon keresztül megvásárolni és a gyakorlatban tesztelni. Ha tanulmányozza ezeket a véleményeket, Pankov szemüvege (Szentpétervár nem az egyetlen régió, amelynek lakói beleestek a hirdetők trükkjeibe) sok negatív tulajdonságot és bizalmatlanságot váltott ki ezzel az innovációval szemben.
Látását tehát szemorvos felkeresésével kell helyreállítania, ha pedig készüléket vásárol, akkor csak hozzáértő orvos javaslatára, aki biztosan nem ad rossz tanácsot.
A kvantumpontok apró kristályok, amelyek pontosan szabályozott színértékekkel bocsátanak ki fényt. Jelentősen javítják a képminőséget anélkül, hogy befolyásolnák az eszközök végső költségét.
Quantum dot LED - új technológia képernyők A hagyományos LCD TV-k az emberi szem által érzékelt színtartománynak csak 20-30%-át képesek továbbítani. Az OLED-képernyőn látható kép azonban jobban megfelel a valóságnak ezt a technológiát nem alkalmas nagyméretű kijelzők tömeggyártására. A közelmúltban azonban egy új váltotta fel, amely lehetővé teszi a pontos színértékek megjelenítését. Ez körülbelül az úgynevezett kvantumpontokról. 2013 elején a Sony bemutatta az első kvantumpontokon alapuló tévét (Quantum dot LED, QLED). Idén más készülékmodellek is tömeggyártásba kerülnek, ezek ugyanannyiba kerülnek, mint a hagyományos LCD tévék, és lényegesen olcsóbbak, mint az OLED-megoldások. Miben különböznek az új technológiával előállított kijelzők a hagyományos LCD-képernyőktől?
Az LCD TV-k nem rendelkeznek tiszta színekkel
A folyadékkristályos kijelzők öt rétegből állnak: a kiindulási pont a LED-ek által kibocsátott fehér fény, amely több szűrőn áthalad. Az elöl és hátul elhelyezett polarizáló szűrők folyadékkristályokkal kombinálva szabályozzák az áteresztett fényáramot, csökkentve vagy növelve a fényerőt. Ez a pixel tranzisztoroknak köszönhető, amelyek befolyásolják, hogy mennyi fény jut át a szűrőkön (piros, zöld, kék). Ennek a három alpixelnek a színkombinációja, amelyekre szűrőket alkalmaznak, végső soron egy bizonyos színértéket ad a pixelnek. A színek keverése nem probléma, de így nem lehet tiszta pirosat, zöldet vagy kéket kapni. Ennek oka a szűrőkben rejlik, amelyek nem csak egy bizonyos hosszúságú hullámot sugároznak, hanem egy egész csomó különböző hosszúságú hullámot. Például a narancssárga fény egy piros szűrőn is áthalad.
A LED világít, ha feszültség van rákapcsolva. Ez azt okozza, hogy az elektronok az N-típusú anyagból a P-típusú anyagba mozognak. 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. Ezért a kibocsátott fotonok különböző energiájúak, ami kifejeződik különböző hosszúságú sugárzási hullámok.
Kvantumpontok – stabil fény
A QLED kijelzőkben a fényforrás kvantumpontok – több nanométer méretű kristályok. Ebben az esetben nincs szükség fényszűrőkkel ellátott rétegre, hiszen amikor rájuk feszültséget kapcsolunk, a kristályok mindig világosan meghatározott hullámhosszúságú, így színértékű fényt bocsátanak ki - az energiazóna egy energiaszintre csökken. Ez a hatás egy kvantumpont apró méretével magyarázható, amelyben az elektron az atomhoz hasonlóan csak korlátozott térben képes mozogni. Az atomhoz hasonlóan a kvantumpont elektronja is csak szigorúan meghatározott energiaszinteket foglalhat el. Tekintettel arra, hogy ezek az energiaszintek az anyagtól is függenek, lehetővé válik a kvantumpontok optikai tulajdonságainak specifikus hangolása. 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 nanokristályok felhasználásával is előállítható cink és kén vegyületéből.
Annak a ténynek köszönhető, hogy a tömegtermelés kék kristályok A Sony által bemutatott tévé nem egy kvantumpontokon alapuló „tiszta” QLED TV. A QD Vision által gyártott kijelzők 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.
Kvantumpontok a HDTV-ben
Szemünk több színt képes látni, mint amennyit a HDTV-k képesek megjeleníteni. változás ez a szituáció kvantumpontokon alapuló kijelzők képesek. A kvantumpontok néhány nanométer átmérőjű apró részecskék, amelyek egy meghatározott hullámhosszon és mindig azonos színértékű fényt bocsátanak ki. Ha a modern tévékben használt fényszűrőkről beszélünk, azok csak elmosódott színeket adnak.
Képernyők szűrők nélkül
A modern tévékben a LED-lámpák fehér fénye (háttérvilágítás) a fényszűrőknek köszönhetően színessé válik. A kvantumpontos kijelzőben (QLED) a szín közvetlenül a fényforrásnál keletkezik. Fényerőszabályzó rendszerek keresztül folyadékkristályokés a polarizáció nem változott.
Fénysejtek ehhez képest
A LED-ekben az elektronok N-típusú anyagból P-típusú anyagba költöznek, és energiát bocsátanak ki fehér fény Val vel különböző hosszúságú hullámok A szűrő előállítja a kívánt színt. A QLED TV-kben a nanokristályok meghatározott hullámhosszúságú fényt bocsátanak ki, tehát színt is.
Szélesebb színskála
A kvantumpontos kijelzők természetesebb színek (piros, zöld, kék) megjelenítésére képesek, mint a hagyományos tévék, szélesebb színtartományt fedve le, amely a legközelebb áll színérzékelésünkhöz.
A méret és az anyag határozza meg a színt
Amikor egy elektron (e) kapcsolódik egy kvantumponthoz, energia szabadul fel fotonok (P) formájában. Használata különféle anyagok a nanokristályok méretének változtatásával pedig befolyásolni lehet ennek az energiának a mennyiségét és ennek következtében a fényhullám hosszát.
Jó napot, 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 először Alekszej Ekimov szintetizálta az 1980-as évek elején. üvegmátrixés Louis E. Brus 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: -h/(2md^2), ahol:
- h - 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, egy 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 kijelzőkön 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. 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.
Volt hír arról is, 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.
« A kvantumpontok mesterséges atomok, amelyek tulajdonságai szabályozhatók»
Zh.I. Alferov, 2000-es Nobel-díjas. a fizikában nagysebességű és optoelektronikai félvezető heterostruktúrák fejlesztésére
A kvantumpontok (QD-k) izolált nanoobjektumok, amelyek tulajdonságai jelentősen eltérnek az azonos összetételű ömlesztett anyagok tulajdonságaitól. Azonnal meg kell jegyezni, hogy a kvantumpontok több matematikai modell valós tárgyak helyett. Ez pedig a teljes formálás lehetetlenségének köszönhető izolált szerkezetek – a kis részecskék mindig kölcsönhatásba lépnek velük környezet folyékony közegben vagy szilárd mátrixban van.
Megérteni, mik a kvantumpontok, és megérteni őket elektronikus szerkezet, képzeljünk el egy ókori görög amfiteátrumot. Most képzelje el, hogy egy izgalmas előadás bontakozik ki a színpadon, és a közönség tele van olyanokkal, akik eljöttek megnézni a színészek játékát. Tehát kiderül, hogy az emberek viselkedése a színházban sok tekintetben hasonlít a kvantumpont (QD) elektronok viselkedéséhez. Az előadás során a színészek úgy mozognak az arénában, hogy nem mennek be a közönség közé, a nézők pedig maguk a helyükről figyelik az eseményeket, és nem mennek le a színpadra. Az aréna a kvantumpont alsó töltött szintjei, a nézősorok pedig a magasabb energiájú izgatott elektronikus szintek. Ebben az esetben, ahogy a néző a terem bármely sorában lehet, egy elektron a kvantumpont bármely energiaszintjét elfoglalhatja, de nem helyezkedhet el közöttük. Az előadás jegypénztári jegyvásárlásakor mindenki igyekezett a legtöbbet kihozni legjobb helyek- minél közelebb a színpadhoz. Tényleg, ki akar beülni utolsó sor, ahonnan még távcsővel sem látni a színész arcát! Ezért amikor a közönség az előadás kezdete előtt leül, a terem összes alsó sora megtelik, ahogy álló állapot A legalacsonyabb energiájú QD az alacsonyabb energiaszinteket teljesen elektronok foglalják el. Előfordulhat azonban, hogy előadás közben valamelyik néző elhagyja a helyét, mert például túl hangosan szól a zene a színpadon, vagy éppen elkapta egy kellemetlen szomszéd, és a szabad felső sorba költözik. Így a CT-ben egy elektron külső hatás hatására egy magasabb energiaszintre kényszerül, amelyet nem foglalnak el más elektronok, ami a képződéshez vezet. izgatott állapot kvantumpont. Valószínűleg kíváncsi vagy, mi történik azzal az üres térrel az energiaszinten, ahol korábban az elektron volt – az úgynevezett lyukkal? Kiderül, hogy a töltéskölcsönhatások révén az elektron kapcsolatban marad vele, és bármelyik pillanatban visszamehet, ahogy a megmozdult néző is mindig meggondolhatja magát, és visszatérhet a jegyén jelzett helyre. Az elektron-lyuk párt „excitonnak” nevezzük angol szó„izgatott”, ami azt jelenti, hogy „izgatott”. közötti vándorlás energiaszintek A CT-t, hasonlóan az egyik néző felemelkedéséhez vagy leszállásához, az elektron energiájának változása kíséri, ami megfelel a fénykvantum (foton) abszorpciójának vagy emissziójának, amikor az elektron magasabb vagy alacsonyabb felé mozog. szinten, ill. Az elektronok fent leírt viselkedése egy kvantumpontban diszkrét energiaspektrumhoz vezet, amely nem jellemző a makroobjektumokra, amelyeknél a QD-ket gyakran mesterséges atomoknak nevezik, amelyekben az elektronszintek diszkrétek.
A lyuk és az elektron közötti kapcsolat erőssége (energiája) határozza meg az exciton sugarat, amely minden anyagra jellemző érték. Ha a részecskeméret kisebb, mint az exciton sugara, akkor az excitont a mérete térben korlátozza, és a megfelelő kötési energia jelentősen megváltozik az ömlesztett anyaghoz képest (lásd „kvantumméret-effektus”). Nem nehéz kitalálni, hogy ha az gerjesztő energia megváltozik, akkor a rendszer által kibocsátott foton energiája is megváltozik, amikor a gerjesztett elektron az eredeti helyére kerül. Így különböző méretű nanorészecskék monodiszperz kolloid oldatainak előállításával az optikai spektrum széles tartományában szabályozható az átmenetek energiája.
Az első kvantumpontok fém nanorészecskék voltak, amelyeket újra szintetizáltak Az ókori Egyiptom különféle üvegek színezésére (mellesleg a Kreml rubincsillagjait hasonló technológiával állították elő), bár a hagyományosabb és szélesebb körben ismert QD-k a szubsztrátumokon termesztett GaN félvezető részecskék és a CdSe nanokristályok kolloid oldatai. Jelenleg számos módszer ismert kvantumpontok előállítására, például a félvezető „heterostruktúrák” vékony rétegeiből „nanolitográfiával” „kivághatók”, vagy spontán módon, nano méretű formában alakíthatók ki. az egyik típusú félvezető anyag szerkezeteinek zárványai egy másik félvezető anyag mátrixában. A „molekuláris nyaláb epitaxiás” módszerrel, a szubsztrát egységcellája és a lerakódott réteg paramétereinek jelentős eltérésével, a szubsztrátumon piramis alakú kvantumpontok növekedése érhető el, a szubsztrát tulajdonságainak tanulmányozására. amelyet Zh.I. Alferov akadémikus kapott Nóbel díj. A szintézisfolyamatok körülményeinek szabályozásával elméletileg lehetséges bizonyos méretű, meghatározott tulajdonságú kvantumpontok előállítása.
A kvantumpontok még „fiatal” kutatási tárgynak számítanak, de az új generációs lézerek és kijelzők tervezésében való felhasználásuknak már nyilvánvalóak a lehetőségei. Optikai tulajdonságok A CT-vizsgálatokat a tudomány legváratlanabb területein alkalmazzák, amelyekhez egy anyag hangolható lumineszcens tulajdonságaira van szükség, például az orvosi kutatásokban, a beteg szövetek „megvilágítására” használhatók. Azok, akik „kvantumszámítógépekről” álmodnak, a kvantumpontokat ígéretes jelölteknek tekintik a qubitek építésére.
Irodalom
N. Kobayashi. Bevezetés a nanotechnológiába. M.: BINOM. Tudáslaboratórium, 2007, 134 p.
V.Ya. Demikhovsky, G.A. Wugalter Kvantum kisdimenziós struktúrák fizikája. M.: Logosz, 2000.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete