石墨烯量子點.doc

1、石墨烯量子點石墨烯量子點是準零維的納米材料 , 其內(nèi)部電子在各方向上的運動都受到局限 , 所以量子局限效應(yīng)特別顯著 , 具有許多獨特的性質(zhì)。這或?qū)殡娮訉W、光電學和電磁學領(lǐng)域帶來革命性的變化。應(yīng)用于太陽能電池、電子設(shè)備、光學染料、生物標記和復(fù)合微粒系統(tǒng)等方面。石墨烯量子點在生物、醫(yī)學、材料、新型半導體器件等領(lǐng)域具有重要潛在應(yīng)用。能實現(xiàn)單分子傳感器 , 也可能催生超小型晶體管或是利用半導體激光器所進行的芯片上通訊用來制作化學傳感器、太陽能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級電路等等。大小不同的量子點結(jié)構(gòu) , 其中大的量子點也被稱為單電子晶體管 (SET), 被用作探測器讀出旁邊小量子點內(nèi)的電荷狀態(tài)。單電

2、子晶體管多柵極調(diào)控的石墨烯串聯(lián)雙量子點器件 , 通過低溫輸運 , 雙點的耦合強度可以從弱到強的調(diào)節(jié)。從而引起遂穿耦合能變化 , 表明這種高度可控的系統(tǒng)非常有望成為將來無核自旋的量子信息器件?？茖W家還測量了柵極調(diào)控的雙層石墨烯并聯(lián)雙量子點 , 通過背柵和側(cè)柵電極的調(diào)控可以將并聯(lián)雙點調(diào)節(jié)到不同的耦合區(qū)間 . 從雙點耦合的蜂窩圖抽取出了相關(guān)的耦合電容、耦合能等參數(shù)的高靈敏度 , 清楚地探測到量子點內(nèi)的庫侖阻塞信號和激發(fā)態(tài)能譜 , 甚至傳統(tǒng)輸運測量不到的微弱庫侖充電信號也能被探測到。石墨烯量子點 ,GQD,為基礎(chǔ)的材料 , 可能會使 OLED顯示器和太陽能電池的生產(chǎn)成本更低。新的 GQD不使用任何有毒

3、金屬 , 如, 鎘、鉛等 , 。使用 GQD為基礎(chǔ)的材料 , 可能使未來 OLED面板更輕、更靈活、成本更低。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域 , 石墨烯量子點極具應(yīng)用前景。在生物成像方面 , 在理論和實驗上都已證實 , 量子限制效應(yīng)和邊效應(yīng)可誘導石墨烯量子點發(fā)出熒光。在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域中 , 常用熒光標記來標定研究對象 , 卻會因為過長的激發(fā)時間使得熒光失效被稱為光漂白 (photo bleaching) 使得一般熒光劑在生物醫(yī)學上的應(yīng)用受到限制。石墨烯量子點擁有穩(wěn)定的熒光光源, 石墨烯量子點在制作時產(chǎn)生的缺陷, 當?shù)釉谑┝孔狱c生產(chǎn)中占據(jù)原先碳原子的位置后又脫離 , 使其位置有一氮空缺 (Nitrog

4、enVacancy, NV), 而該缺陷在接受可見光激發(fā)后就會發(fā)出熒光。不同大小的石墨烯量子點有不同的熒光光譜 , 能為生物醫(yī)學研究提供極為穩(wěn)定的熒光物。與熒光體相比 , 石墨烯量子點的優(yōu)勢是發(fā)出的熒光更穩(wěn)定 , 不會出現(xiàn)光漂白 , 因而不易出現(xiàn)光衰減失去其熒光性。這可能成為進一步探索生物成像的一個極有前景的途徑。石墨烯量子點還是非常好的藥物載體。具有良好的生物相容性和水溶液穩(wěn)定性 , 同時有利于化學功能化修飾 , 以達到在不同領(lǐng)域應(yīng)用的目的。利用含氧活性基團化學反應(yīng)性不同 , 可以與多種有特定化學和生物性能的化學基團和功能分子進行共價反應(yīng) , 其中常見的共價修飾方法是通過酰化反應(yīng)和酯化反應(yīng)將

5、生物分子或化學基團修飾在石墨烯上 , 還可以用 - 相互作用、離子鍵和氫鍵等非共價鍵作用,對石墨烯進行表面功能化修飾。基于石墨烯的藥物載體由于其超高的載藥量、靶向輸送和藥物的可控釋放,而且石墨烯量子點作為藥物載體可以突破血腦屏障 , 實現(xiàn)腦部直接給藥 , 有望在臨床上實現(xiàn)實際應(yīng)用。由于邊緣狀態(tài)和量子局限 , 石墨烯量子點的形狀和大小將決定它們的電學、光學、磁性和化學特性。大量獲取特定邊緣形狀和均勻尺寸的石墨烯量子點是個難題。目前自上而下的石墨烯量子點合成方式有平板印刷術(shù)、超聲化學法、富勒烯開籠和碳納米管釋放化學分解或電子束蝕刻等技術(shù)獲得。量子限制效應(yīng) ,quantum confinement effect,微結(jié)構(gòu)材料三維尺度中至少有一個維度與電子德布羅意,deBroglie,波長相當 , 因此電子在此維度中的運動受到限制 , 電子態(tài)呈量子化分布 , 連續(xù)的能帶將分解為離散的能級 , 即形成分立的能級和駐波形式的波函數(shù)。當能級間距大于某