量子点（Quantum Dot）是一种在三个空间维度上束缚激子（电子-空穴对）的半导体纳米结构，因其独特的量子限域效应和可调的光电性质，被誉为“人造原子”或“量子点原子”。
自20世纪90年代提出以来，量子点在材料科学、光电子学、生物医学等领域展现出巨大的应用潜力，成为纳米科技领域的研究热点。
量子点的核心是由原子或分子组成的纳米尺度半导体材料，其尺寸通常在2-10纳米之间，相当于10-50个原子的直径。这种微小的尺寸使得量子点中的电子和空穴被严格限制在三维空间内，导致其能带结构从连续的能带转变为分立的能级，类似于自然界中的原子或分子。
量子点的发光原理基于电子从高能级跃迁至低能级时释放光子，其发光颜色（即发射光谱）可通过调节量子点的尺寸和化学组成来精确控制。例如，CdSe量子点的粒径从2.5纳米增长到4.0纳米时，发射波长可从510纳米（绿色）红移至660纳米（红色），覆盖整个可见光区域。
量子点的物理特性
量子尺寸效应：尺寸越小，能级分裂越显著，谱蓝移现象越明显。
表面效应：随着粒径减小，表面原子比例增加，导致表面活性增强，影响发光性质和非线性光学效应。
介电限域效应：量子点与周围介质的介电常数差异导致电子态密度变化，进一步调制其光学性质。
量子点的制备方法
量子点的制备方法多样，主要包括化学溶液生长法、外延生长法和电化学法等。
化学溶液生长法：通过控制反应条件（如温度、浓度、pH值）在溶液中合成量子点。例如，水热法在120℃下以CdSe为原料，可制备出尺寸在2-10纳米之间的量子点，具有操作简便、产率高、尺寸可控等优点。
外延生长法：包括分子束外延（MBE）和化学气相沉积（CVD），通过控制原料在特定衬底表面反应沉积得到量子点。这种方法可实现高纯度、低团聚的量子点制备，但成本较高。
电化学法：利用电化学原理在电极表面沉积量子点，具有产率高、环境友好等特点，但适用量子点种类有限。
量子点的应用领域
显示技术：量子点作为背光材料或色转换层，可显著提升液晶显示器的色域和亮度。例如，量子点电视通过蓝光LED激发红、绿量子点，实现高纯度白光，还原出更加靓丽的色彩。此外，量子点发光二极管（QLED）作为新兴显示技术，具有发光效率高、寿命长等优点，有望成为下一代显示技术的主流。
生物医学：量子点作为荧光探针，在生物成像、生物传感和药物递送等领域具有独特优势。其宽激发谱、窄发射谱、高发光强度和抗光漂白能力，使得量子点能够实现对生物分子的长时间、高灵敏度检测。例如，量子点可标记肿瘤细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
光电器件：量子点在太阳能电池、光电探测器和激光器等领域具有潜在应用。其可调的带隙能量使得量子点能够吸收不同波长的光，提高光电器件的光捕获效率和转换效率。
量子信息：量子点作为单光子源，在量子通信和量子计算中发挥关键作用。例如，北京量子信息科学研究院袁之良团队成功制备出基于量子点—微柱腔耦合体系的高效率、高纯度双光子发射器，为量子计量、量子成像和量子生物医学应用提供了关键资源。
