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量子点:现状、机遇和挑战(三)

2020.6.08

创业浪潮

既然是功能材料,只是好看是不行的。美国年轻学子和中国的年轻学者有一点颇不一样。如果他们认为一项技术有用,博士毕业后(甚至不等到毕业)就去开公司创业。这就是名校毕业生,他们去创业、给别人提供就业机会。中国高等教育在这个方面值得反思,如何教育学生不成为社会就业负担,而是成为创业者?

第一家有影响的量子点公司创立时间是1999年,其主业是量子点用于生物医学标记。但不幸的是,该公司最终结果是成为了烈士,挣扎几年后,被大公司收购,其收购价格比创业成本低。在美国社会里,创业不成功毫无耻辱可言,用人单位还可能认为其经验可贵。如果中国要实现产业升级,那么我认为应该允许创业公司成为烈士。当然,之所以称为烈士,是因为它们的牺牲为后来者成功提供了经验。

目前,国际上号称以量子点为主业的公司颇为不少。它们中的一些,我认为不会成为烈士。从现在的情况看,影响比较大的都有来自大学的雄厚知识产权支持。比如,美国的QDVISION公司的技术基础来自麻省理工,美国的NANOSYS是以伯克利的技术为基础,中国的纳晶科技的前期技术从阿肯色大学获得一部分、并通过并购美国NN-Labs公司完成。

颠覆性进展

前面提到,这个领域还是合成化学占决定性地位。回到浙江大学后,我慢慢认识到量子点合成化学真正的核心问题是激发态控制。这是因为,作为发光材料,其性能的实现只能在激发态。而对于传统的合成化学,化学家只关心基态。基于这个新认识,我们采用了一些新的合成控制方法。由此,我们得到了一些性能前所未有的量子点。

以这些新型量子点为基础,通过与浙大材料系金一政副教授小组和纳晶科技公司合作,我们已经看到了第一个带有颠覆性意义的量子点应用。那就是性能优异的量子点LED(QLED)。在申请了ZL后,我们把相关的第一篇文章投给了Natue杂志。已经在线发表。

发光二极管(LED)LED正在改变我们的生活,在照明和显示领域的节能效果已经得到公认,这就是今年诺贝尔物理奖(氮化镓蓝光LED)的基础。氮化镓蓝光LED已经大面积量产,相关知识产权被日本、美国、欧洲公司牢牢控制了。但是,氮化镓蓝光LED的技术,是基于在蓝宝石单晶衬底上外延生长多层半导体单晶,要求高真空设备、超高纯度原料、制备过程能量消耗大。因此,其基础成本大。

在氮化镓蓝光LED之外,美籍华人学者邓青云教授在1979年报道了以有机分子为发光中心的LED(OLED)。OLED与氮化镓LED的最大不同,就在于它可以用常见化学方法(如溶液法)加工制备,因而成本可以很低。目前,三星公司用OLED已经做出来了商业化的手机显示屏,其优异的色彩是氮化镓LED显示屏无法比拟的。但遗憾的是,OLED的有机发光分子热稳定性和光稳定性都存在几乎难以突破的缺欠。这导致了OLED显示屏的良率低,做手机屏还问题不大,但大屏应用(如电视和计算机显示屏)基本上不可能实现。

如果量子点合成达到了LED光电性能的要求,那么,量子点LED有望结合氮化镓LED和OLED两者的优势。我们近期的这个工作,证实了这个设想。Nature的审稿人给出了几个指标,让我们与OLED和其它溶液加工LED做一个横向比较。结果表明,尽管我们的QLED是在相对简陋的条件下用溶液法制备的,但我们的器件几乎全面胜出。保守地说,我们的QLED商业化机会至少不会输给OLED。应该指出的是,除了量子点要做好,很关键的一点,还要试图去理解量子点在器件加工中要注意什么,这就是所谓的加工科学。

LED也是照明产业的核心器件。但是和太阳光比较,现在的白光LED灯是有缺陷的,它是人造白光,有很多的高能光子。高能光子对人类健康的影响,已经有一些医学证据表明是不利的。另外,现行白光LED发热比较明显,这也不是好消息。QLED的白光,在原理可以完全做到与理想照明光源一致,更加接近于自然光,并且发热大大减少。我们最近工作的进展表明,有一天量子点LED将为照明产业做出贡献。

量子点这个领域,目前已经发展到了需要高深、更系统、更集成(或者更交叉)的水平。当前,量子点的研究正在从游击队的零打碎敲,发展到集团化的正规军作战。中国的企业家、政府领导人、学者能否有足够的智慧,支持在中国形成真正的正规军?比如我们的QLED技术,目前处于国际领先地位、并确立了自己的知识产权。但是,来自MIT(QDVision)、SAMSUMG等的竞争是不容小视的。


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