量子點是半導體材料的熒光奈米顆粒。它們發出的光顏色隨點的大小而變化，隨著點變小，顏色向光譜的藍色端移動。量子點的提議應用包括雷射器、彩色顯示器和生物成像。但實現其商業潛力一直很緩慢，因為量子點價格昂貴；每克至少 2,000 美元，這主要是由於其製造過程中使用了昂貴的溶劑。現在，萊斯大學的一個團隊已經證明，更經濟的溶劑同樣有效，從而大幅削減了材料支出。他們還確定了溶劑的性質如何影響量子點的形成，這可能有助於開發大規模生產系統。
事實上，擴大現有合成方法規模的願望促使化學家邁克爾·S·王和他在萊斯大學的同事們採用了這種節約成本的技術。特別是，他們對硒化鎘量子點感興趣，這是研究最多的品種之一。用於製備硒化鎘量子點的常用配方已有 10 年曆史，需要在特殊溶劑中將前體化學物質加熱到約 250 攝氏度的溫度。
研究人員很快意識到，標準配方的成本過高，並且 90% 的材料費用來自溶劑十八碳烯。然後，他們研究了文獻，試圖確定是什麼讓十八碳烯如此特別。例如，它是一種長鏈烴，這意味著它與配方的另一種成分油酸相容。但在廣泛審查後，他們認為這種分子結構可能並沒有那麼重要。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
什麼是重要的？ 顯然，溶劑必須具有高沸點並能抵抗分解——並且要比十八碳烯便宜。化學家們熟悉所謂的傳熱流體，這些流體滿足所有這三個要求。然而，傳熱流體不被用作溶劑，因為它們既不如普通溶劑乾淨也不如普通溶劑純淨。但幸運的是，這對於量子點製造來說不是問題。
因此，該團隊嘗試在兩種流體 Dowtherm A 和 Therminol 66 中製造量子點。果然，量子點形成了，很像在傳統的昂貴的十八碳烯中一樣。“我們非常興奮，”王回憶道。使用兩種流體中更便宜的 Dowtherm A，成本降低了 80%。該小組現在也在使用相同的流體制造成分與硒化鎘不同的量子點。
生產的量子點比使用十八碳烯製成的量子點略小。經過一些研究，研究人員提出了一個數學模型來解釋這些差異。該模型根據三個量預測量子點生長的速率：溶劑的粘度、硒化鎘在溶劑中的溶解度以及表面自由能，表面自由能與量子點表面在溶劑存在下的穩定性有關。
製造的量子點數量仍然很少——該團隊每批次僅建立約 20 毫克。王說，批次處理可能適用於只需要幾克量子點的應用，但“下一個目標是開發用於製造公斤級量子點的連續流系統”。由於量子點化學非常敏感，“我們需要學習如何在反應器中很好地控制它，所以我們的數學模型是一個很好的起點。”