碳量子点回忆录 | 中国科学技术大学 化学实验教学中心

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导读

碳量子点材料具有绿色环保，水溶性和导电性好以及生物毒性低等优势，近年来在纳米电子学、光学、催化化学、生物医学以及传感器等领域都有较好的应用前景。目前，国家重点研究发展计划将纳米研究和量子调控作为重大科研计划。碳量子点材料的发展，未来可期！

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大家好，我们是来自于中国科学技术大学化学与材料科学学院的科普团队。当下新媒体科普活动逐步兴起，我们有幸成为科研浪潮中的一分子，在科研之余，我们致力于传递科学知识，传播科学思想，普及科研成果。我们设有公众号——“化学科普园地”，并且积极参与了一些科普活动。

本科普视频改编于2019年中科院和全国科学实验展演汇演活动获奖作品——“走近量子点的奇妙世界”。该作品以“碳量子点”为主题，用有趣的实验展示了碳量子点材料独特的发光特性，用生动形象的比喻解释了发光的机制，同时还展示了碳量子点材料在生产生活以及科学研究等方面的多维应用。

碳元素是自然界中含量最丰富的元素之一，也是构成生命体最基本的元素。近年来，含碳纳米材料的研究引起了人们广泛的兴趣，包括石墨和金刚石，碳纳米管，富勒烯和石墨烯等等。但由于其自身缺陷，如碳纳米管水溶性较差，纳米金刚石制作成本和分离成本过高，在很大程度上限制了这些碳材料更为广泛的应用。

碳量子点是尺寸在10纳米以内的, 具有荧光性质的新型纳米碳颗粒。碳量子点内部的电子在各个方向上的运动受到局限，电子在能量上就呈现不连续的状态，变成一份一份的, 电子的量子化现象随着其空间运动限制尺寸的不断减小而更加明显，由连续的能带变为分立的能级。分裂的能级就好比是梯子，可以一次爬一级，也可以一次爬两级，但是不能爬一点五级。当电子从梯子的高处跳下来的时候，就会发出固定频率的光。在宏观上表现为量子点有很好的荧光效应，就是接受一种光，发出另一种颜色的光。

同一种材料的量子点，如果大小不同，发出光的颜色也不一样。根据色光三原色（RGB）原理，通过调节不同颜色量子点的比例，在紫外灯的照射下可以显示不同颜色的光。用量子点材料做成的电视机显示屏，寿命更长、色域更广，几乎可以还原人眼可见的所有颜色。碳量子点材料具有绿色环保，水溶性和导电性好以及生物毒性低等优势，在纳米电子学、光学、催化化学、生物医学以及传感器等领域都有较好的应用前景。

目前，国家重点研究发展计划将纳米研究和量子调控作为重大科研计划；《中国制造2025》也指出，高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响。我们也有理由相信，碳量子点材料的发展，未来可期！

背景简介：

制作单位：中国科学技术大学 化学实验教学中心

指导老师：邵伟 李玲玲

创意：周强 葛志青 何苗苗 弓弘 何家庆

视频拍摄：“美丽化学”拍摄团队

动画制作：合肥学术猫传媒有限公司

时间：2019年11月

责任编辑：孙远