水溶性量子點制備技術及其應用研究

摘 要：水溶性量子點在各個領域的應用不斷增加，尤其是生物熒光這一特性在各個研究領域的廣泛應用，促使水溶性量子點近年來產點率逐漸提高。在量子點應用過程中，可以通過對其粒徑的組成和形狀大小來調控量子點的各項性能，例如對量子點的明亮度、穩定性及發射性能的調整等等。量子點由于其獨特的光學性質和優良的光譜性能，近年來受到人們的廣泛認可和關注，尤其是水溶性量子點，其在材料物理學、生物化學等各個領域都占有十分重要的地位，本文以量子點的基本結構和特性為基礎，對水溶性量子點的制備過程和具體應用加以研究。

關鍵詞：水溶性量子點；制備方法；制備技術

中圖分類號：TB383.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

多年來，量子理論的研究一直被科研人員所熱衷，經過科研人員多年來對于水溶性量子點領域的探索，使得量子點理論已經由一個新興學科逐漸發展成熟，水溶性量子點的制備技術也有所提高。水溶性量子點在制備過程中還需還需進一步對設備和技藝加以完善，使其在各個科研領域應用效果得到有效提升。

一、量子點的結構和光學特性

（一）量子點的結構

量子點，也可以稱為半導體納米晶體，它是由多種元素組成的納米單位大小的顆粒，在量子論結構中，能量最低的且最穩定的導帶電子、在每一個電子離開原子核時，會在晶格中留下一個帶正電荷的空位置即所謂的空穴以及一個激發態分子與它的一個基態分子結合而形成的瞬態激發態二聚體即激子，這三者在量子中受到靜電的束縛，這一系列結構決定了量子點獨有的光學特性。

（二）量子點的光學特性

量子點在其粒徑變小的過程中，由于量子點的表面聚集著大量原子，因此，量子點面積在逐漸增大，原子數量增多，使量子點表面的不飽和現象加重，極易與其他原子相結合，從而失去穩定性，從而增加量子點表面的活性，提高其在應用中的性能；除了表面效應，量子點還具有小尺寸效應、量子隧道效應、量子限域等等，這一系列效應都反應了量子點的光學特性[1]。

二、水溶性量子點的制備

水溶性量子點的制備可以通過物理和實驗兩種手段來進行，這兩種手段雖然互相獨立，各具特色，但是也有許多想通之處，這兩種制備方式都在量子點制備過程中有廣泛的應用，以下對這兩種實驗制備方式做簡要分析。

（一）物理方法

制備量子的物理方法除了其所需要的設備相對昂貴，并且所得到的量子點中量子的粒徑范圍過寬，導致物理方法在應用方面有所阻礙以外，其還存在很多可取的地方。例如微結構處理方法，這種方法通過對材料進行研磨，在獲得量子點的過程中比較方便和快捷，但是該過程由于操作環境的開放性，導致在研磨過程容易將雜質引入其中，從而使所得到的量子點成分不顧純凈；第二種方法，自組裝法，其操作是在材料間晶格相互不匹配的特點，在其達到相應的尺寸以后，在應力的引導下形成的沿島狀生長的量子點。此種方法得到的水溶性量子點半徑分布范圍很廣，并且沒有一定的規律性，其密度的大小也存在很大的隨機性，不在所能夠掌控的范圍內。

（二）化學方法

1.水相合成法

水相合成法，顧名思義就是在水環境下進行量子點合成操作，在操作過程中，水起到溶劑的作用，反應物在水中溶解以后，在硫化物的作用下，形成相應的混合物并且形成所需量子點的核心部分晶核，此晶核在水環境中蔓延生長，并在外界進行不斷加熱或攪拌等操作，加快其合成和生長的速度，進而形成完整的量子點。在水相合成法中，水熱法是應用比較廣泛的一種方法，這種方法是在整個實驗過程中經過對反應體系的持續加熱，使容器內氣壓迅速上升，形成密閉的高壓環境下，產生一些難容物和不容物的過程[2]。

2.油相合成法

油相合成法是在量子點制備中使用性和實效性都很強的一種制備方法，而且此方法由于其所制備的量子點普遍質量較高、結構穩定性強，因此此種方法的應用也是十分廣泛，但是由于此種方法所制備的量子點具有油溶性，在應用過程中，還要對其特性從油溶性轉化為水溶性，才能在更多的領域上應用，導致水溶性量子點的產量比較不理想，因此也必然導致了該種制備方法的局限性。

3.其他化學合成法

除了水相合成法和油相合成法以外，微乳液法和微波法也是比較常見的制備量子點的手段，其中微波法可以說是對水熱法的一個補充和發展，因為微波加熱的持續和穩定性都很強，所以在溫度加熱方面實效性增強，可控制性也有所提高；而微乳液法是在油相容劑中獲得由油包裹著水的微乳液之后，對油乳液的大小和形態進行調節，從而得到不同形態的量子點的制備手段，但是通過這種方法制備出來的量子點結晶性能較弱，使量子點的發光性能有所減弱[3]。

三、水溶性量子點的應用

量子點的基本結構決定了量子點的光學特點，而量子點由于其光學方面的特性，在各個研究領域都得到了廣泛應用，例如量子點在粒徑變小，表面積不斷增加的過程中，量子內部微粒也將有所變化，從而產生介電限域的效應，此種效應可以用來來檢測相應粉末是否導電，如果該粉末可以產生介電域效應，則證明該粉末具有導電性。

量子點的熒光性是量子點的諸多特性中應用最廣泛的，對其應用可以涉及到各個領域其可以應用在化學領域的無機離子和小分子監測中，生物領域的細胞及生物活體成像研究中，還可以應用于物理領域中光學的解碼研究以及醫療診斷過程等等。

四、結束語

通過對水溶性量子點的結構以及光學特性的研究，以及發現水溶性量子點的制備方法和技術上所存在的優勢和問題，可以促進量子點制備工作的有效進行，并提高水溶性量子點在各個領域的廣泛應用。

參考文獻：

[1]杜凱，張金花，王峰.Ⅱ-Ⅵ族量子點的制備和非線性光學性質研究進展[J].材料導報，2013（13）：38-42.

[2]顏愛國，薛繼武，馮起芹.Mn-（2+）摻雜水溶性ZnS量子點的制備及其光致發光性能[J].功能材料，2014（17）：2068-2072.

[3]韓鑫，張紀梅.水溶性CdTe量子點及其復合物的電化學發光研究[J].天津工業大學學報，2014（16）：29-33.