क्वांटम डॉट्स डिस्प्ले बनाने की एक नई तकनीक है। फोटोल्यूमिनसेंट क्वांटम डॉट्स। क्वांटम डॉट्स और सैमसंग QLED

प्राप्त करने के लिए सामान्य विचारभौतिक वस्तुओं के गुणों और उन कानूनों के बारे में जिनके अनुसार सभी से परिचित स्थूल जगत "जीवित" रहता है, उच्च शिक्षा पूरी करना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है शैक्षिक संस्था, क्योंकि हर दिन हर कोई अपनी अभिव्यक्तियों का सामना करता है। यद्यपि में हाल ही मेंसमानता के सिद्धांत का उल्लेख तेजी से किया जा रहा है, जिसके समर्थकों का तर्क है कि सूक्ष्म और स्थूल दुनिया बहुत समान हैं, हालांकि, अभी भी एक अंतर है। यह विशेष रूप से बहुत छोटे आकार के पिंडों और वस्तुओं के साथ ध्यान देने योग्य है। क्वांटम डॉट्स, जिन्हें कभी-कभी नैनोडॉट्स भी कहा जाता है, इन मामलों में से एक है।

कम कम

चलो याद करते हैं क्लासिक डिवाइसपरमाणु, उदाहरण के लिए हाइड्रोजन। इसमें एक नाभिक शामिल होता है, जिसमें धनात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन की उपस्थिति के कारण प्लस होता है, यानी +1 (चूंकि हाइड्रोजन आवर्त सारणी में पहला तत्व है)। तदनुसार, नाभिक से एक निश्चित दूरी पर एक इलेक्ट्रॉन (-1) होता है, जो एक इलेक्ट्रॉन कोश बनाता है। जाहिर है, यदि आप मूल्य बढ़ाते हैं, तो इससे नए इलेक्ट्रॉनों का जुड़ाव होगा (याद रखें: सामान्य तौर पर, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है)।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच की दूरी नकारात्मक चार्ज कणों के ऊर्जा स्तर से निर्धारित होती है। प्रत्येक कक्षा स्थिर है; कणों का समग्र विन्यास सामग्री को निर्धारित करता है। इलेक्ट्रॉन एक कक्षा से दूसरी कक्षा में जा सकते हैं, एक आवृत्ति या किसी अन्य के फोटॉन के माध्यम से ऊर्जा को अवशोषित या जारी कर सकते हैं। सबसे दूर की कक्षाओं में अधिकतम ऊर्जा स्तर वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। दिलचस्प बात यह है कि फोटॉन स्वयं दोहरी प्रकृति प्रदर्शित करता है, जिसे एक द्रव्यमान रहित कण और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में एक साथ परिभाषित किया जाता है।

"फोटॉन" शब्द स्वयं ग्रीक मूल का है और इसका अर्थ है "प्रकाश का कण"। इसलिए, यह तर्क दिया जा सकता है कि जब कोई इलेक्ट्रॉन अपनी कक्षा बदलता है, तो वह प्रकाश की एक मात्रा को अवशोषित (उत्सर्जित) करता है। इस मामले में, एक अन्य शब्द - "क्वांटम" का अर्थ समझाना उचित है। वास्तव में, इसमें कुछ भी जटिल नहीं है। यह शब्द लैटिन के "क्वांटम" से आया है, जिसका शाब्दिक अनुवाद इस प्रकार होता है सबसे छोटा मूल्यकोई भौतिक मात्रा(यहाँ - विकिरण). आइए एक उदाहरण से समझाएं कि क्वांटम क्या है: यदि, वजन मापते समय, सबसे छोटी अविभाज्य मात्रा एक मिलीग्राम थी, तो इसे वह कहा जा सकता है। इस प्रकार एक जटिल प्रतीत होने वाले शब्द की सरलता से व्याख्या की जाती है।

क्वांटम डॉट्स की व्याख्या

अक्सर पाठ्यपुस्तकों में आप नैनोडॉट की निम्नलिखित परिभाषा पा सकते हैं - यह किसी भी सामग्री का एक अत्यंत छोटा कण है, जिसके आयाम एक इलेक्ट्रॉन की उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य के बराबर होते हैं (पूर्ण स्पेक्ट्रम 1 से 10 नैनोमीटर तक की सीमा को कवर करता है)। इसके अंदर, एकल ऋणात्मक आवेश वाहक का मान बाहर की तुलना में कम होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन अपनी गतिविधियों में सीमित होता है।

हालाँकि, "क्वांटम डॉट्स" शब्द को अलग तरह से समझाया जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन जिसने एक फोटॉन को अवशोषित कर लिया है वह उच्च ऊर्जा स्तर तक "बढ़ जाता है", और उसके स्थान पर एक "कमी" बन जाती है - एक तथाकथित छेद। तदनुसार, यदि किसी इलेक्ट्रॉन पर -1 आवेश होता है, तो छेद पर +1 आवेश होता है। अपनी पिछली स्थिर स्थिति में लौटने की कोशिश में, इलेक्ट्रॉन एक फोटॉन उत्सर्जित करता है। इस मामले में आवेश वाहक "-" और "+" के कनेक्शन को एक्साइटॉन कहा जाता है और भौतिकी में इसे एक कण के रूप में समझा जाता है। इसका आकार अवशोषित ऊर्जा के स्तर (उच्च कक्षा) पर निर्भर करता है। क्वांटम बिंदु वास्तव में ये कण हैं। एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की आवृत्ति सीधे किसी दिए गए पदार्थ और एक्साइटॉन के कण आकार पर निर्भर करती है। यह ध्यान देने योग्य है कि मानव आंख द्वारा प्रकाश की रंग धारणा अलग-अलग पर आधारित होती है

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... ऐसा प्रतीत होता है कि टेलीविजन उद्योग को अभी जिस आखिरी चीज की जरूरत है वह एक और तकनीकी संक्षिप्त नाम है। लेकिन प्रगति को रोका नहीं जा सकता, कुछ और अक्षरों से मिलें - QD (या क्वांटम डॉट)। मुझे तुरंत ध्यान देना चाहिए कि भौतिकी में "क्वांटम डॉट्स" शब्द का टेलीविजन के लिए आवश्यक अर्थ से कहीं अधिक व्यापक अर्थ है। लेकिन सभी नैनोफिजिकल के मौजूदा फैशन के मद्देनजर, बड़े निगमों के विपणक खुशी-खुशी इस मुश्किल को लागू करने लगे वैज्ञानिक अवधारणा. इसलिए मैंने यह पता लगाने का निर्णय लिया कि ये किस प्रकार के क्वांटम डॉट्स हैं और हर कोई क्यूडी टीवी क्यों खरीदना चाहेगा।

सबसे पहले, सरलीकृत रूप में कुछ विज्ञान। " क्वांटम डॉट"एक अर्धचालक है जिसके विद्युत गुण उसके आकार और आकार पर निर्भर करते हैं (विकी)। यह इतना छोटा होना चाहिए कि क्वांटम आकार का प्रभाव स्पष्ट हो सके। और ये प्रभाव इसी बिंदु के आकार से नियंत्रित होते हैं, अर्थात। उत्सर्जित ऊर्जा, उदाहरण के लिए, फोटॉन - वास्तव में, रंग - "आयाम" पर निर्भर करती है, यदि यह शब्द ऐसी छोटी वस्तुओं पर लागू होता है।

और भी अधिक उपभोक्ता भाषा में, ये छोटे कण हैं जो रोशनी पड़ने पर एक निश्चित स्पेक्ट्रम में चमकने लगेंगे। यदि उन्हें एक पतली फिल्म पर लगाया जाता है और "रगड़ा" जाता है, फिर रोशन किया जाता है, तो फिल्म उज्ज्वल रूप से चमकने लगेगी। प्रौद्योगिकी का सार यह है कि इन बिंदुओं के आकार को नियंत्रित करना आसान है, जिसका अर्थ है सटीक रंग प्राप्त करना।

वास्तव में, यह इतना महत्वपूर्ण नहीं है कि बड़े निगम कौन सा नाम चुनते हैं, मुख्य बात यह है कि उसे उपभोक्ता को क्या देना चाहिए। और यहाँ वादा बिल्कुल सरल है - बेहतर रंग प्रतिपादन। यह बेहतर ढंग से समझने के लिए कि "क्वांटम डॉट्स" इसे कैसे प्रदान करेगा, आपको एलसीडी डिस्प्ले के डिज़ाइन को याद रखना होगा।

क्रिस्टल के नीचे प्रकाश

एक एलसीडी टीवी (एलसीडी) में तीन मुख्य भाग होते हैं: एक सफेद बैकलाइट, रंग फिल्टर (प्रकाश को लाल, नीले और में अलग करना)। हरे रंग) और लिक्विड क्रिस्टल मैट्रिक्स। उत्तरार्द्ध छोटी खिड़कियों - पिक्सेल के ग्रिड जैसा दिखता है, जो बदले में, तीन उपपिक्सेल (कोशिकाओं) से मिलकर बनता है। लिक्विड क्रिस्टल, ब्लाइंड्स की तरह, प्रकाश प्रवाह को अवरुद्ध कर सकते हैं या, इसके विपरीत, पूरी तरह से खुल सकते हैं; मध्यवर्ती अवस्थाएँ भी हैं।

जब प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) द्वारा उत्सर्जित सफेद रोशनी, तो आज टीवी ढूंढना पहले से ही मुश्किल है फ्लोरोसेंट लैंप, जैसा कि कुछ साल पहले था), उदाहरण के लिए, एक पिक्सेल से होकर गुजरता है जिसकी हरी और लाल कोशिकाएँ बंद हैं, फिर हम देखते हैं नीला रंग. प्रत्येक आरजीबी पिक्सेल की "भागीदारी" की डिग्री बदल जाती है, और इस प्रकार एक रंगीन छवि प्राप्त होती है।

जैसा कि आप समझते हैं, छवि की रंग गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, कम से कम दो चीजों की आवश्यकता होती है: सटीक फ़िल्टर रंग और सही सफेद बैकलाइट, अधिमानतः एक विस्तृत स्पेक्ट्रम के साथ। यह बाद वाले के साथ है कि एलईडी में समस्या है।

सबसे पहले, वे वास्तव में सफेद नहीं हैं, इसके अलावा, उनके पास एक बहुत ही संकीर्ण रंग स्पेक्ट्रम है। यही है, सफेद रंग के स्पेक्ट्रम की चौड़ाई अतिरिक्त कोटिंग्स द्वारा प्राप्त की जाती है - कई प्रौद्योगिकियां हैं, पीले रंग के अतिरिक्त के साथ तथाकथित फॉस्फोर डायोड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। लेकिन यह "अर्ध-सफ़ेद" रंग अभी भी आदर्श से कम है। यदि आप इसे एक प्रिज्म से गुजारें (जैसे स्कूल में भौतिकी के पाठ में), तो यह एक ही तीव्रता के इंद्रधनुष के सभी रंगों में विघटित नहीं होगा, जैसा कि सूर्य के प्रकाश के साथ होता है। उदाहरण के लिए, लाल, हरे और नीले रंग की तुलना में बहुत धुंधला दिखाई देगा।

जाहिर है, इंजीनियर स्थिति को सुधारने और समाधान निकालने की कोशिश कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, आप टीवी सेटिंग्स में हरे और नीले स्तर को कम कर सकते हैं, लेकिन इससे समग्र चमक प्रभावित होगी - तस्वीर पीली हो जाएगी। इसलिए सभी निर्माता सफेद रोशनी के स्रोत की तलाश में थे, जिसके क्षय से समान संतृप्ति के रंगों के साथ एक समान स्पेक्ट्रम उत्पन्न होगा। यहीं पर क्वांटम डॉट्स बचाव के लिए आते हैं।

क्वांटम डॉट्स

मैं आपको याद दिला दूं कि अगर हम टेलीविजन के बारे में बात कर रहे हैं, तो "क्वांटम डॉट्स" सूक्ष्म क्रिस्टल होते हैं जो प्रकाश पड़ने पर चमकते हैं। वे कई अलग-अलग रंगों में "जल" सकते हैं, यह सब बिंदु के आकार पर निर्भर करता है। और यह देखते हुए कि वैज्ञानिकों ने अब परमाणुओं की संख्या को बदलकर उनके आकार को लगभग पूरी तरह से नियंत्रित करना सीख लिया है, बिल्कुल उसी रंग की चमक प्राप्त करना संभव है जिसकी आवश्यकता है। क्वांटम बिंदु भी बहुत स्थिर होते हैं - वे बदलते नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि लाल रंग की एक निश्चित छाया पर चमकने के लिए डिज़ाइन किया गया एक बिंदु लगभग हमेशा के लिए उस छाया में बना रहेगा।

इंजीनियरों के मन में प्रौद्योगिकी का उपयोग इस प्रकार करने का विचार आया: पतली फिल्मएक "क्वांटम डॉट" कोटिंग लगाई जाती है जिसे लाल और हरे रंग के विशिष्ट रंगों में चमकने के लिए डिज़ाइन किया गया है। और एलईडी नियमित नीला है. और फिर कोई तुरंत अनुमान लगाएगा: "सबकुछ स्पष्ट है - नीले रंग का एक स्रोत है, और बिंदु हरा और लाल देंगे, जिसका अर्थ है कि हमें वही आरजीबी मॉडल मिलेगा!" लेकिन नहीं, तकनीक अलग तरह से काम करती है।

हमें याद रखना चाहिए कि "क्वांटम डॉट्स" एक बड़ी शीट पर स्थित होते हैं और वे उपपिक्सेल में विभाजित नहीं होते हैं, बल्कि बस एक साथ मिश्रित होते हैं। जब एक नीला डायोड फिल्म पर चमकता है, तो बिंदु लाल और हरे रंग का उत्सर्जन करते हैं, जैसा कि ऊपर बताया गया है, और केवल जब ये तीनों रंग मिश्रित होते हैं तो आपको मिलता है आदर्श स्रोतसफ़ेद रोशनी। और मैं आपको याद दिला दूं कि मैट्रिक्स के पीछे उच्च गुणवत्ता वाली सफेद रोशनी वास्तव में दूसरी तरफ दर्शकों की आंखों के लिए प्राकृतिक रंग प्रतिपादन के बराबर है। कम से कम, क्योंकि आपको स्पेक्ट्रम के नुकसान या विरूपण के लिए सुधार करने की ज़रूरत नहीं है।

यह अभी भी एक एलसीडी टीवी है

विस्तृत रंग सरगम ​​नए 4K टीवी और 4:4:4 रंग सबसैंपलिंग के लिए विशेष रूप से उपयोगी होगा, जो भविष्य के मानकों में हमारी प्रतीक्षा कर रहा है। यह सब ठीक है और अच्छा है, लेकिन याद रखें कि क्वांटम डॉट्स एलसीडी टीवी के साथ अन्य समस्याओं का समाधान नहीं करते हैं। उदाहरण के लिए, पूर्ण काला प्राप्त करना लगभग असंभव है, क्योंकि लिक्विड क्रिस्टल (वही "अंधा" जिसके बारे में मैंने ऊपर लिखा था) प्रकाश को पूरी तरह से अवरुद्ध करने में सक्षम नहीं हैं। वे केवल "खुद को ढक सकते हैं", लेकिन पूरी तरह से बंद नहीं कर सकते।

क्वांटम डॉट्स को रंग पुनरुत्पादन में सुधार करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इससे तस्वीर की छाप में काफी सुधार होगा। लेकिन यह OLED तकनीक या प्लाज्मा नहीं है, जहां पिक्सल प्रकाश के प्रवाह को पूरी तरह से रोकने में सक्षम हैं। फिर भी प्लाज्मा टीवीसेवानिवृत्त हो चुके हैं, और अधिकांश उपभोक्ताओं के लिए OLED अभी भी बहुत महंगा है, इसलिए यह जानना अभी भी अच्छा है कि निर्माता जल्द ही हमें एक नए प्रकार के एलईडी टीवी की पेशकश करेंगे जो बेहतर दिखाएगा।

"क्वांटम टीवी" की लागत कितनी है?

सोनी, सैमसंग और एलजी के पहले क्यूडी टीवी को जनवरी में सीईएस 2015 में दिखाए जाने का वादा किया गया है। हालाँकि, चीन की टीएलसी मल्टीमीडिया इस मामले में आगे है, उन्होंने पहले ही 4K QD टीवी जारी कर दिया है और कहा है कि यह चीन में स्टोर्स पर आने वाला है।

फिलहाल नई तकनीक वाले टीवी की सही कीमत बता पाना असंभव है, हम आधिकारिक बयानों का इंतजार कर रहे हैं। उन्होंने लिखा कि QDs की कीमत समान कार्यक्षमता वाले OLEDs से तीन गुना कम होगी। इसके अलावा, जैसा कि वैज्ञानिक कहते हैं, तकनीक बहुत सस्ती है। इसके आधार पर, हम उम्मीद कर सकते हैं कि क्वांटम डॉट मॉडल व्यापक रूप से उपलब्ध होंगे और पारंपरिक मॉडलों की जगह ले लेंगे। हालाँकि, मुझे लगता है कि कीमतें अभी भी पहले बढ़ेंगी। जैसा कि आमतौर पर सभी नई तकनीकों के साथ होता है।

पाठ्यक्रम कार्य

अनुशासन में "बायोमेडिकल ट्रांसड्यूसर और सेंसर सिस्टम"

क्वांटम डॉट्स और उन पर आधारित बायोसेंसर

परिचय। 3

क्वांटम डॉट्स। सामान्य जानकारी. 5

क्वांटम बिंदुओं का वर्गीकरण. 6

फोटोल्यूमिनसेंट क्वांटम डॉट्स। 9

क्वांटम डॉट्स प्राप्त करना। ग्यारह

क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने वाले बायोसेंसर। में उनके उपयोग की संभावनाएँ नैदानिक ​​निदान. 13

निष्कर्ष। 15

ग्रंथ सूची. 16

परिचय।

क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) पृथक नैनोऑब्जेक्ट हैं जिनके गुण समान संरचना की थोक सामग्री के गुणों से काफी भिन्न होते हैं। यह तुरंत ध्यान दिया जाना चाहिए कि क्वांटम डॉट्स वास्तविक वस्तुओं की तुलना में अधिक गणितीय मॉडल हैं। और यह पूरी तरह से अलग संरचना बनाने की असंभवता के कारण है - छोटे कण हमेशा तरल माध्यम या ठोस मैट्रिक्स में होने के कारण पर्यावरण के साथ बातचीत करते हैं।

यह समझने के लिए कि क्वांटम डॉट्स क्या हैं और उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना क्या है, एक प्राचीन ग्रीक एम्फीथिएटर की कल्पना करें। अब कल्पना करें कि मंच पर एक रोमांचक प्रदर्शन हो रहा है, और दर्शक उन लोगों से भरे हुए हैं जो अभिनेताओं का खेल देखने आए हैं। तो यह पता चला कि थिएटर में लोगों का व्यवहार कई मायनों में क्वांटम डॉट (क्यूडी) इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार के समान है। प्रदर्शन के दौरान, अभिनेता दर्शकों के बीच गए बिना मैदान के चारों ओर घूमते हैं, और दर्शक स्वयं अपनी सीटों से कार्रवाई देखते हैं और मंच से नीचे नहीं जाते हैं। क्षेत्र क्वांटम डॉट के निचले भरे हुए स्तर हैं, और दर्शकों की पंक्तियाँ उच्च ऊर्जा के साथ उत्साहित इलेक्ट्रॉनिक स्तर हैं। इस मामले में, जैसे एक दर्शक हॉल की किसी भी पंक्ति में हो सकता है, एक इलेक्ट्रॉन क्वांटम डॉट के किसी भी ऊर्जा स्तर पर कब्जा कर सकता है, लेकिन उनके बीच स्थित नहीं हो सकता है। बॉक्स ऑफिस पर प्रदर्शन के लिए टिकट खरीदते समय, हर किसी ने अधिकतम लाभ उठाने की कोशिश की सर्वोत्तम स्थान- जितना संभव हो मंच के करीब। सचमुच, कौन बैठना चाहता है? अंतिम पंक्तिजहां से आप दूरबीन से भी नहीं देख पाएंगे एक्टर का चेहरा! इसलिए, जब प्रदर्शन शुरू होने से पहले दर्शकों को बैठाया जाता है, तो हॉल की सभी निचली पंक्तियाँ भर जाती हैं, जैसे सीटी की स्थिर स्थिति में, जिसमें सबसे कम ऊर्जा होती है, निचले ऊर्जा स्तर पूरी तरह से इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा कर लिए जाते हैं। हालाँकि, प्रदर्शन के दौरान, दर्शकों में से एक अपनी सीट छोड़ सकता है, उदाहरण के लिए, क्योंकि मंच पर संगीत बहुत ज़ोर से बज रहा है या वह बस एक अप्रिय पड़ोसी द्वारा पकड़ा गया है, और मुक्त शीर्ष पंक्ति में चला जाता है। इस प्रकार, एक क्वांटम डॉट में, एक इलेक्ट्रॉन, बाहरी प्रभाव के प्रभाव में, एक उच्च ऊर्जा स्तर पर जाने के लिए मजबूर होता है जो अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा नहीं किया जाता है, जिससे क्वांटम डॉट की उत्तेजित अवस्था का निर्माण होता है। आप शायद सोच रहे होंगे कि ऊर्जा स्तर पर उस खाली जगह का क्या होता है जहां इलेक्ट्रॉन हुआ करता था - तथाकथित छेद? यह पता चलता है कि, चार्ज इंटरैक्शन के माध्यम से, इलेक्ट्रॉन इससे जुड़ा रहता है और किसी भी क्षण वापस जा सकता है, जैसे कि एक दर्शक जो चला गया है वह हमेशा अपना मन बदल सकता है और अपने टिकट पर बताए गए स्थान पर लौट सकता है। एक इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म को "एक्सिटॉन" कहा जाता है अंग्रेज़ी शब्द"उत्साहित", जिसका अर्थ है "उत्साहित"। QD के ऊर्जा स्तरों के बीच स्थानांतरण, दर्शकों में से किसी एक के आरोहण या अवरोहण के समान, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा में परिवर्तन के साथ होता है, जो इलेक्ट्रॉन के प्रकाश की मात्रा (फोटॉन) के अवशोषण या उत्सर्जन से मेल खाता है। क्रमशः उच्च या निम्न स्तर पर चला जाता है। ऊपर वर्णित क्वांटम डॉट में इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार एक अलग ऊर्जा स्पेक्ट्रम की ओर ले जाता है जो मैक्रो-ऑब्जेक्ट्स के लिए अस्वाभाविक है, जिसके लिए क्यूडी को अक्सर कृत्रिम परमाणु कहा जाता है जिसमें इलेक्ट्रॉन स्तर अलग-अलग होते हैं।

एक छेद और एक इलेक्ट्रॉन के बीच संबंध की ताकत (ऊर्जा) एक्सिटॉन त्रिज्या निर्धारित करती है, जो प्रत्येक पदार्थ के लिए एक विशिष्ट मान है। यदि कण का आकार एक्सिटॉन त्रिज्या से छोटा है, तो एक्साइटॉन अपने आकार के कारण अंतरिक्ष में सीमित है, और संबंधित बंधन ऊर्जा थोक पदार्थ की तुलना में महत्वपूर्ण रूप से बदल जाती है ("क्वांटम-आकार प्रभाव" देखें)। यह अनुमान लगाना कठिन नहीं है कि यदि एक्साइटन ऊर्जा बदलती है, तो उत्तेजित इलेक्ट्रॉन के अपने मूल स्थान पर जाने पर सिस्टम द्वारा उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा भी बदल जाती है। इस प्रकार, विभिन्न आकारों के नैनोकणों के मोनोडिस्पर्स कोलाइडल समाधान प्राप्त करके, ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम की एक विस्तृत श्रृंखला में संक्रमण की ऊर्जा को नियंत्रित करना संभव है।

क्वांटम डॉट्स। सामान्य जानकारी।

पहले क्वांटम डॉट्स धातु के नैनोकण थे, जिन्हें वापस संश्लेषित किया गया था प्राचीन मिस्रविभिन्न ग्लासों को रंगने के लिए (वैसे, क्रेमलिन के रूबी सितारे एक समान तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे), हालांकि अधिक पारंपरिक और व्यापक रूप से ज्ञात QDs GaN अर्धचालक कण हैं जो CdSe नैनोक्रिस्टल के सब्सट्रेट और कोलाइडल समाधान पर उगाए जाते हैं। फिलहाल, क्वांटम डॉट्स प्राप्त करने के कई ज्ञात तरीके हैं, उदाहरण के लिए, उन्हें "नैनोलिथोग्राफी" का उपयोग करके सेमीकंडक्टर "हेटरोस्ट्रक्चर" की पतली परतों से "काटा" जा सकता है, या उन्हें नैनो-आकार के रूप में अनायास बनाया जा सकता है। एक प्रकार की अर्धचालक सामग्री की संरचनाओं को दूसरे के मैट्रिक्स में शामिल करना। सब्सट्रेट और जमा परत की इकाई कोशिका के मापदंडों में महत्वपूर्ण अंतर के साथ, "आण्विक बीम एपिटैक्सी" विधि का उपयोग करके, गुणों के अध्ययन के लिए, सब्सट्रेट पर पिरामिड क्वांटम डॉट्स की वृद्धि को प्राप्त करना संभव है। जिसे शिक्षाविद् जे.आई. अल्फेरोव ने सम्मानित किया नोबेल पुरस्कार. संश्लेषण प्रक्रियाओं की स्थितियों को नियंत्रित करके, निर्दिष्ट गुणों के साथ कुछ आकारों के क्वांटम डॉट्स प्राप्त करना सैद्धांतिक रूप से संभव है।

क्वांटम डॉट्स कोर और कोर-शेल हेटरोस्ट्रक्चर दोनों के रूप में उपलब्ध हैं। अपने छोटे आकार के कारण, QDs में थोक अर्धचालकों से भिन्न गुण होते हैं। आवेश वाहकों की गति के स्थानिक प्रतिबंध से क्वांटम-आकार का प्रभाव उत्पन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक स्तरों की असतत संरचना में व्यक्त होता है, यही कारण है कि क्यूडी को कभी-कभी "कृत्रिम परमाणु" कहा जाता है।

उनके आकार और रासायनिक संरचना के आधार पर, क्वांटम डॉट्स दृश्य और निकट-अवरक्त रेंज में फोटोल्यूमिनेशन प्रदर्शित करते हैं। उनकी उच्च आकार की एकरूपता (95% से अधिक) के कारण, प्रस्तावित नैनोक्रिस्टल में संकीर्ण उत्सर्जन स्पेक्ट्रा (प्रतिदीप्ति शिखर आधी-चौड़ाई 20-30 एनएम) है, जो अभूतपूर्व रंग शुद्धता सुनिश्चित करता है।

क्वांटम डॉट्स को गैर-ध्रुवीय में समाधान के रूप में आपूर्ति की जा सकती है ऑर्गेनिक सॉल्वेंटजैसे हेक्सेन, टोल्यूनि, क्लोरोफॉर्म, या सूखे पाउडर के रूप में।

क्यूडी अभी भी अनुसंधान का एक "युवा" उद्देश्य है, लेकिन नई पीढ़ी के लेजर और डिस्प्ले के डिजाइन में उनके उपयोग की व्यापक संभावनाएं पहले से ही काफी स्पष्ट हैं। QDs के ऑप्टिकल गुणों का उपयोग विज्ञान के सबसे अप्रत्याशित क्षेत्रों में किया जाता है, जिसके लिए सामग्री के ट्यून करने योग्य ल्यूमिनसेंट गुणों की आवश्यकता होती है; उदाहरण के लिए, चिकित्सा अनुसंधान में, उनकी मदद से रोगग्रस्त ऊतकों को "रोशनी" देना संभव है।

क्वांटम बिंदुओं का वर्गीकरण.

क्वांटम डॉट्स का कोलाइडल संश्लेषण दर्शाता है पर्याप्त अवसरदोनों विभिन्न अर्धचालक सामग्रियों के आधार पर क्वांटम डॉट्स प्राप्त करने में, और विभिन्न ज्यामिति (आकार) के साथ क्वांटम डॉट्स प्राप्त करने में। विभिन्न अर्धचालकों से बने क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करने की संभावना भी कम महत्वपूर्ण नहीं है। कोलाइडल क्वांटम डॉट्स की विशेषता संरचना, आकार और आकार के आधार पर की जाएगी।

1. क्वांटम डॉट संरचना (अर्धचालक सामग्री)

सबसे पहले, क्वांटम डॉट्स ल्यूमिनेसेंट सामग्री के रूप में व्यावहारिक रुचि के हैं। अर्धचालक सामग्रियों के लिए मुख्य आवश्यकताएँ जिनके आधार पर क्वांटम डॉट्स का संश्लेषण किया जाता है, निम्नलिखित हैं। सबसे पहले, यह बैंड स्पेक्ट्रम की प्रत्यक्ष-अंतराल प्रकृति है - यह प्रभावी ल्यूमिनेसेंस सुनिश्चित करता है, और दूसरी बात, चार्ज वाहक का कम प्रभावी द्रव्यमान - आकार की काफी विस्तृत श्रृंखला में क्वांटम-आकार के प्रभावों की अभिव्यक्ति (बेशक, नैनोक्रिस्टल के मानकों द्वारा)। अर्धचालक सामग्रियों के निम्नलिखित वर्गों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। वाइड-गैप अर्धचालक (ऑक्साइड ZnO, TiO2) - पराबैंगनी रेंज। मिड-बैंड अर्धचालक (ए2बी6, उदाहरण के लिए कैडमियम चाल्कोजेनाइड्स, ए3बी5) - दृश्यमान सीमा।

क्वांटम डॉट्स के प्रभावी बैंड गैप में परिवर्तन की सीमाएँ

3 से 10 एनएम तक आकार बदलना।

यह आंकड़ा 3-10 एनएम की सीमा में आकार के साथ नैनोक्रिस्टल के रूप में सबसे आम अर्धचालक सामग्रियों के लिए प्रभावी बैंड गैप को अलग करने की संभावना दिखाता है। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, महत्वपूर्ण ऑप्टिकल रेंज 400-750 एनएम, आईआर के पास 800-900 एनएम - रक्त पारदर्शिता विंडो, 1300-1550 एनएम - दूरसंचार रेंज दिखाई देती है

1. क्वांटम डॉट आकार

संरचना और आकार के अलावा, उनके आकार का क्वांटम डॉट्स के गुणों पर गंभीर प्रभाव पड़ेगा।

- गोलाकार(सीधे क्वांटम डॉट्स) - के सबसेक्वांटम डॉट्स। फिलहाल उनका सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग है। निर्माण करना सबसे आसान।

- ellipsoidal(नैनोरोड्स) - नैनोक्रिस्टल एक दिशा में लम्बे होते हैं।

अण्डाकारता गुणांक 2-10. संकेतित सीमाएँ मनमानी हैं। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, क्वांटम डॉट्स के इस वर्ग का उपयोग ध्रुवीकृत विकिरण के स्रोतों के रूप में किया जाता है। उच्च अण्डाकारता गुणांक >50 पर, इस प्रकार के नैनोक्रिस्टल को अक्सर नैनोवायर कहा जाता है।

- जटिल ज्यामिति वाले नैनोक्रिस्टल(जैसे टेट्रापोड्स)। पर्याप्त प्रकार की आकृतियों को संश्लेषित किया जा सकता है - घन, तारांकन, आदि, साथ ही शाखित संरचनाएँ। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, टेट्रापोड आणविक स्विच के रूप में अनुप्रयोग पा सकते हैं। फिलहाल वे बड़े पैमाने पर अकादमिक रुचि वाले हैं।

1. बहुघटक क्वांटम बिंदु

कोलाइडल रसायन विज्ञान विधियाँ अर्धचालकों से बहुघटक क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करना संभव बनाती हैं विभिन्न विशेषताएँ, मुख्य रूप से विभिन्न बैंड अंतराल के साथ। यह वर्गीकरण कई मायनों में पारंपरिक रूप से अर्धचालकों में उपयोग किए जाने वाले वर्गीकरण के समान है।

डोप्ड क्वांटम डॉट्स

एक नियम के रूप में, शुरू की गई अशुद्धता की मात्रा छोटी है (300-1000 की क्वांटम डॉट में परमाणुओं की औसत संख्या के साथ प्रति क्वांटम डॉट 1-10 परमाणु)। क्वांटम डॉट की इलेक्ट्रॉनिक संरचना नहीं बदलती है; अशुद्धता परमाणु और क्वांटम डॉट की उत्तेजित अवस्था के बीच की बातचीत एक द्विध्रुवीय प्रकृति की होती है और उत्तेजना के हस्तांतरण तक कम हो जाती है। मुख्य मिश्र धातु अशुद्धियाँ मैंगनीज, तांबा (दृश्य सीमा में ल्यूमिनसेंस) हैं।

ठोस समाधानों पर आधारित क्वांटम बिंदु।

क्वांटम डॉट्स के लिए, अर्धचालकों के ठोस समाधान का निर्माण संभव है यदि थोक अवस्था में सामग्रियों की पारस्परिक घुलनशीलता देखी जाए। जैसा कि थोक अर्धचालकों के मामले में, ठोस समाधानों के निर्माण से ऊर्जा स्पेक्ट्रम में संशोधन होता है - कुशल विशेषताएँव्यक्तिगत अर्धचालकों के लिए मूल्यों का एक सुपरपोजिशन हैं। यह दृष्टिकोण आपको एक निश्चित आकार में प्रभावी बैंड गैप को बदलने की अनुमति देता है - क्वांटम डॉट्स की विशेषताओं को नियंत्रित करने का एक और तरीका प्रदान करता है।

क्वांटम बिंदु हेटेरोजंक्शन पर आधारित हैं।

यह दृष्टिकोण कोर-शेल प्रकार के क्वांटम डॉट्स में लागू किया गया है (कोर एक अर्धचालक से बना है, शेल दूसरे से बना है)। सामान्य तौर पर, इसमें विभिन्न अर्धचालकों के दो भागों के बीच संपर्क का निर्माण शामिल होता है। हेटेरोजंक्शन के शास्त्रीय सिद्धांत के अनुरूप, दो प्रकार के कोर-शेल क्वांटम डॉट्स को प्रतिष्ठित किया जा सकता है।

फोटोल्यूमिनसेंट क्वांटम डॉट्स।

विशेष रुचि फोटोल्यूमिनसेंट क्वांटम डॉट्स हैं, जिसमें एक फोटॉन का अवशोषण इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े का निर्माण करता है, और इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के पुनर्संयोजन से प्रतिदीप्ति होती है। ऐसे क्वांटम बिंदुओं में एक संकीर्ण और सममित प्रतिदीप्ति शिखर होता है, जिसकी स्थिति उनके आकार से निर्धारित होती है। इस प्रकार, उनके आकार और संरचना के आधार पर, QDs स्पेक्ट्रम के यूवी, दृश्यमान या आईआर क्षेत्रों में प्रतिदीप्त हो सकते हैं।

कैडमियम चाल्कोजेनाइड्स पर आधारित क्वांटम डॉट्स अपने आकार के आधार पर अलग-अलग रंगों में फ्लोरोसेंट होते हैं

उदाहरण के लिए, क्वांटम डॉट्स ZnS, सीडीऔर ZnSeयूवी क्षेत्र में प्रतिदीप्ति, सीडीएसईऔर सीडीटीईदृश्य में, और पीबीएस, पीबीएसईऔर पीबीटीईनिकट आईआर क्षेत्र में (700-3000 एनएम)। इसके अलावा, उपरोक्त यौगिकों से हेटरोस्ट्रक्चर बनाना संभव है, जिनके ऑप्टिकल गुण मूल यौगिकों से भिन्न हो सकते हैं। सबसे लोकप्रिय एक संकीर्ण-अंतराल अर्धचालक से कोर पर एक व्यापक-अंतराल अर्धचालक का एक आवरण बनाना है, उदाहरण के लिए, एक कोर पर सीडीएसईसे एक खोल उगाओ ZnS :

क्वांटम डॉट की संरचना का मॉडल जिसमें ZnS (स्पैलेराइट संरचनात्मक प्रकार) के एपिटैक्सियल शेल के साथ लेपित सीडीएसई कोर शामिल है

यह तकनीक QDs की ऑक्सीकरण स्थिरता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाना संभव बनाती है, साथ ही कोर की सतह पर दोषों की संख्या को कम करके प्रतिदीप्ति की क्वांटम उपज में उल्लेखनीय वृद्धि करती है। QDs की एक विशिष्ट संपत्ति तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला पर एक निरंतर अवशोषण स्पेक्ट्रम (प्रतिदीप्ति उत्तेजना) है, जो QD के आकार पर भी निर्भर करती है। इससे एक ही तरंग दैर्ध्य पर विभिन्न क्वांटम बिंदुओं को एक साथ उत्तेजित करना संभव हो जाता है। इसके अलावा, पारंपरिक फ़्लोरोफ़ोर्स की तुलना में QDs में उच्च चमक और बेहतर फोटोस्टेबिलिटी होती है।

क्वांटम डॉट्स के ऐसे अनूठे ऑप्टिकल गुण ऑप्टिकल सेंसर, फ्लोरोसेंट मार्कर, चिकित्सा में फोटोसेंसिटाइज़र के साथ-साथ आईआर क्षेत्र, सौर कोशिकाओं में फोटोडिटेक्टर के निर्माण के लिए उनके उपयोग की व्यापक संभावनाएं खोलते हैं। उच्च दक्षता, सबमिनिएचर एलईडी, सफेद प्रकाश स्रोत, एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल डिवाइस।

क्वांटम डॉट्स प्राप्त करना

क्वांटम डॉट्स बनाने की दो मुख्य विधियाँ हैं: कोलाइडल संश्लेषण, जो "फ्लास्क में" अग्रदूतों को मिलाकर किया जाता है, और एपिटेक्सी, यानी। सब्सट्रेट की सतह पर क्रिस्टल की उन्मुख वृद्धि।

पहली विधि (कोलाइडल संश्लेषण) कई प्रकारों में कार्यान्वित की जाती है: उच्च पर या कमरे का तापमान, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में या जलीय घोल में एक निष्क्रिय वातावरण में, ऑर्गेनोमेटेलिक अग्रदूतों के साथ या बिना, न्यूक्लियेशन की सुविधा के लिए आणविक समूहों के साथ या बिना। उच्च तापमान वाले रासायनिक संश्लेषण का भी उपयोग किया जाता है, जो उच्च उबलते कार्बनिक सॉल्वैंट्स में भंग किए गए अकार्बनिक धातु अग्रदूतों को गर्म करके निष्क्रिय वातावरण में किया जाता है। इससे उच्च प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज के साथ समान आकार के क्वांटम डॉट्स प्राप्त करना संभव हो जाता है।

कोलाइडल संश्लेषण के परिणामस्वरूप, नैनोक्रिस्टल अधिशोषित सर्फेक्टेंट अणुओं की एक परत से ढके हुए प्राप्त होते हैं:

हाइड्रोफोबिक सतह के साथ कोर-शेल कोलाइडल क्वांटम डॉट का योजनाबद्ध चित्रण। एक नैरो-गैप सेमीकंडक्टर (उदाहरण के लिए, CdSe) का कोर नारंगी रंग में दिखाया गया है, एक वाइड-गैप सेमीकंडक्टर का शेल (उदाहरण के लिए, ZnS) लाल रंग में दिखाया गया है, और सर्फेक्टेंट अणुओं का कार्बनिक शेल काले रंग में दिखाया गया है।

हाइड्रोफोबिक कार्बनिक शेल के लिए धन्यवाद, कोलाइडल क्वांटम डॉट्स को किसी भी गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में और, उचित संशोधन के साथ, पानी और अल्कोहल में भंग किया जा सकता है। कोलाइडल संश्लेषण का एक अन्य लाभ उप-किलोग्राम मात्रा में क्वांटम डॉट्स प्राप्त करने की संभावना है।

दूसरी विधि (एपिटैक्सी) - किसी अन्य सामग्री की सतह पर नैनोस्ट्रक्चर का निर्माण, एक नियम के रूप में, अद्वितीय और महंगे उपकरणों का उपयोग शामिल है और इसके अलावा, मैट्रिक्स से "बंधे" क्वांटम डॉट्स का उत्पादन होता है। एपिटैक्सी विधि को औद्योगिक स्तर पर स्केल करना कठिन है, जो इसे क्वांटम डॉट्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए कम आकर्षक बनाता है।

क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने वाले बायोसेंसर। नैदानिक ​​निदान में उनके उपयोग की संभावनाएँ।

क्वांटम डॉट - एक बहुत छोटी भौतिक वस्तु, जिसका आकार बोह्र एक्सिटॉन त्रिज्या से छोटा है, जो क्वांटम प्रभावों की घटना की ओर ले जाता है, उदाहरण के लिए, मजबूत प्रतिदीप्ति।

क्वांटम डॉट्स का लाभ यह है कि वे एक ही विकिरण स्रोत से उत्तेजित हो सकते हैं। वे अपने व्यास के आधार पर चमकते हैं अलग रोशनी, और सभी रंगों के क्वांटम बिंदु एक स्रोत से उत्तेजित होते हैं।

बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान के नाम पर। शिक्षाविद् एम.एम. शेम्याकिन और यू.ए. ओविचिनिकोव आरएएस कोलाइडल नैनोक्रिस्टल के रूप में क्वांटम डॉट्स का उत्पादन करता है, जो उन्हें फ्लोरोसेंट लेबल के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। वे बहुत चमकीले हैं, यहां तक ​​कि एक नियमित माइक्रोस्कोप से भी आप अलग-अलग नैनोक्रिस्टल देख सकते हैं। इसके अलावा, वे फोटोरेसिस्टेंट हैं - विकिरण के संपर्क में आने पर वे लंबे समय तक चमक सकते हैं। उच्च घनत्वशक्ति।

क्वांटम डॉट्स का एक अन्य लाभ यह है कि, जिस सामग्री से वे बने हैं उसके आधार पर, इन्फ्रारेड रेंज में प्रतिदीप्ति प्राप्त करना संभव है जहां जैविक ऊतक सबसे अधिक पारदर्शी होते हैं। इसके अलावा, उनकी प्रतिदीप्ति दक्षता किसी भी अन्य फ्लोरोफोरस से तुलनीय नहीं है, जो उन्हें जैविक ऊतकों में विभिन्न संरचनाओं को देखने के लिए उपयोग करने की अनुमति देती है।

एक ऑटोइम्यून बीमारी - प्रणालीगत स्केलेरोसिस (स्केलेरोडर्मा) के निदान के उदाहरण का उपयोग करते हुए - नैदानिक ​​​​प्रोटिओमिक्स में क्वांटम डॉट्स की संभावना का प्रदर्शन किया गया था। निदान ऑटोइम्यून एंटीबॉडी की रिकॉर्डिंग पर आधारित है।

ऑटोइम्यून बीमारियों में, शरीर के अपने प्रोटीन अपनी जैविक वस्तुओं को प्रभावित करना शुरू कर देते हैं छत की भीतरी दीवारआदि), जो गंभीर विकृति का कारण बनता है। उसी समय, ऑटोइम्यून एंटीबॉडी जैविक तरल पदार्थों में दिखाई देते हैं, जिसका लाभ उन्होंने निदान करने और ऑटोएंटीबॉडी का पता लगाने के लिए उठाया।

स्क्लेरोडर्मा के लिए कई एंटीबॉडी हैं। क्वांटम डॉट्स की नैदानिक ​​क्षमताओं को दो एंटीबॉडी के उदाहरण का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया था। ऑटोएंटीबॉडी के एंटीजन को किसी दिए गए रंग के क्वांटम डॉट्स वाले पॉलिमर माइक्रोस्फेयर की सतह पर लागू किया गया था (प्रत्येक एंटीजन का अपना माइक्रोस्फेयर रंग था)। परीक्षण मिश्रण में, माइक्रोस्फेयर के अलावा, सिग्नल फ्लोरोफोर से जुड़े माध्यमिक एंटीबॉडी भी शामिल थे। इसके बाद, मिश्रण में एक नमूना जोड़ा गया, और यदि इसमें वांछित ऑटोएंटीबॉडी शामिल थी, तो मिश्रण में एक कॉम्प्लेक्स बन गया माइक्रोस्फीयर - ऑटोएंटीबॉडी - सिग्नल फ्लोरोफोर.

अनिवार्य रूप से, ऑटोएंटीबॉडी एक लिंकर था जो एक निश्चित रंग के माइक्रोस्फीयर को सिग्नल फ्लोरोफोर से जोड़ता था। फिर फ्लो साइटोमेट्री का उपयोग करके इन माइक्रोस्फीयर का विश्लेषण किया गया। माइक्रोस्फीयर और सिग्नल फ्लोरोफोर से एक साथ सिग्नल की उपस्थिति इस बात का प्रमाण है कि बाइंडिंग हो गई है और माइक्रोस्फीयर की सतह पर सिग्नल फ्लोरोफोर के साथ माध्यमिक एंटीबॉडी सहित एक कॉम्प्लेक्स बन गया है। इस समय, माइक्रोस्फीयर क्रिस्टल और सिग्नल फ्लोरोफोर, जो द्वितीयक एंटीबॉडी से जुड़ा था, वास्तव में चमक गए।

दोनों संकेतों की एक साथ उपस्थिति इंगित करती है कि मिश्रण में एक पता लगाने योग्य लक्ष्य है - एक ऑटोएंटीबॉडी, जो रोग का एक मार्कर है। यह एक क्लासिक "सैंडविच" पंजीकरण विधि है, जब दो पहचान अणु होते हैं, यानी। कई मार्करों के एक साथ विश्लेषण की संभावना का प्रदर्शन किया गया है, जो निदान की उच्च विश्वसनीयता और ऐसी दवाएं बनाने की संभावना का आधार है जो प्रारंभिक चरण में बीमारी का पता लगा सकती हैं।

बायोटैग के रूप में उपयोग करें.

क्वांटम डॉट्स पर आधारित फ्लोरोसेंट लेबल का निर्माण बहुत आशाजनक है। कार्बनिक रंगों की तुलना में क्वांटम डॉट्स के निम्नलिखित लाभों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: ल्यूमिनेसेंस तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित करने की क्षमता, उच्च विलुप्त होने का गुणांक, सॉल्वैंट्स की एक विस्तृत श्रृंखला में घुलनशीलता, पर्यावरण के लिए ल्यूमिनेसेंस की स्थिरता, उच्च फोटोस्टेबिलिटी। हम क्वांटम डॉट्स की सतह के रासायनिक (या, इसके अलावा, जैविक) संशोधन की संभावना पर भी ध्यान दे सकते हैं, जिससे जैविक वस्तुओं के लिए चयनात्मक बंधन की अनुमति मिलती है। सही तस्वीर पानी में घुलनशील क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके सेल तत्वों के धुंधलापन को दिखाती है जो दृश्य सीमा में चमकते हैं। बायां चित्र उपयोग का एक उदाहरण दिखाता है गैर-विनाशकारी विधिऑप्टिकल टोमोग्राफी. यह तस्वीर 800-900 एनएम (गर्म रक्त वाले रक्त की पारदर्शिता खिड़की) की रेंज में चमक के साथ क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके निकट-अवरक्त रेंज में ली गई थी, जिसे एक माउस में डाला गया था।

चित्र.21. बायोटैग के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करना।

निष्कर्ष।

वर्तमान में, क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने वाले चिकित्सा अनुप्रयोग अभी भी सीमित हैं, इस तथ्य के कारण कि मानव स्वास्थ्य पर नैनोकणों के प्रभाव का पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। हालाँकि, निदान में उनका उपयोग खतरनाक बीमारियाँबहुत आशाजनक लगता है; विशेष रूप से, उनके आधार पर इम्यूनोफ्लोरेसेंस विश्लेषण की एक विधि विकसित की गई है। और ऑन्कोलॉजिकल रोगों के उपचार में, उदाहरण के लिए, तथाकथित फोटोडायनामिक थेरेपी की विधि पहले से ही उपयोग की जाती है। नैनोकणों को ट्यूमर में इंजेक्ट किया जाता है, फिर उन्हें विकिरणित किया जाता है, और फिर यह ऊर्जा उनसे ऑक्सीजन में स्थानांतरित की जाती है, जो उत्तेजित अवस्था में चली जाती है और ट्यूमर को अंदर से "जल" देती है।

जीवविज्ञानियों का कहना है कि क्वांटम डॉट्स को डिज़ाइन करना आसान है जो किसी भी तरंग दैर्ध्य पर प्रतिक्रिया करते हैं, जैसे कि निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम। तब शरीर के अंदर छिपे ट्यूमर का पता लगाना संभव हो सकेगा।

इसके अलावा, कुछ नैनोकण चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में एक विशिष्ट प्रतिक्रिया दे सकते हैं।

शोधकर्ताओं की भविष्य की योजनाएँ और भी अधिक आकर्षक लगती हैं। बायोमोलेक्युलस के एक सेट से जुड़े नए क्वांटम डॉट्स न केवल ट्यूमर का पता लगाएंगे और उसका संकेत देंगे, बल्कि साइट पर दवाओं की नई पीढ़ी भी पहुंचाएंगे।

यह संभव है कि नैनोटेक्नोलॉजी का यह विशेष अनुप्रयोग प्रयोगशालाओं में हमने जो देखा है उसके व्यावहारिक और बड़े पैमाने पर कार्यान्वयन के सबसे करीब होगा पिछले साल का.

एक अन्य दिशा ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और नए प्रकार के एलईडी हैं - किफायती, लघु, उज्ज्वल। क्वांटम डॉट्स के फायदे यहां उपयोग किए जाते हैं, जैसे उनकी उच्च फोटोस्टेबिलिटी (जो उनके आधार पर बनाए गए उपकरणों के दीर्घकालिक संचालन की गारंटी देती है) और कोई भी रंग प्रदान करने की क्षमता (तरंग दैर्ध्य पैमाने पर एक या दो नैनोमीटर की सटीकता के साथ) और किसी भी रंग का तापमान (2 डिग्री केल्विन से 10 हजार और ऊपर तक)। भविष्य में, एलईडी का उपयोग मॉनिटर के लिए डिस्प्ले बनाने के लिए किया जा सकता है - बहुत पतला, लचीला, उच्च छवि कंट्रास्ट के साथ।

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निम्न-आयामी अर्धचालक हेटरोस्ट्रक्चर के भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण वस्तु तथाकथित अर्ध-शून्य-आयामी सिस्टम या क्वांटम डॉट्स हैं। देना सटीक परिभाषाक्वांटम बिंदु काफी कठिन हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि भौतिक साहित्य में, क्वांटम डॉट्स अर्ध-शून्य-आयामी प्रणालियों की एक विस्तृत श्रेणी को संदर्भित करता है जिसमें इलेक्ट्रॉनों, छिद्रों और एक्सिटॉन के ऊर्जा स्पेक्ट्रा के आकार परिमाणीकरण का प्रभाव प्रकट होता है। इस वर्ग में मुख्य रूप से अर्धचालक क्रिस्टल शामिल हैं, जिसमें सभी तीन स्थानिक आयाम एक्साइटन बोह्र त्रिज्या के क्रम पर हैं वॉल्यूमेट्रिक सामग्री. यह परिभाषायह मानता है कि क्वांटम बिंदु निर्वात, गैस या तरल वातावरण में है, या जिस सामग्री से इसे बनाया गया है उसके अलावा किसी ठोस सामग्री तक ही सीमित है। इस मामले में, क्वांटम डॉट्स में प्राथमिक उत्तेजनाओं की त्रि-आयामी स्थानिक सीमा विभिन्न सामग्रियों और मीडिया के बीच इंटरफेस की उपस्थिति के कारण होती है, यानी, हेटेरोइंटरफेस के अस्तित्व के कारण। ऐसे क्वांटम डॉट्स को अक्सर माइक्रो- या नैनोक्रिस्टल कहा जाता है। हालाँकि, यह सरल परिभाषा पूर्ण नहीं है, क्योंकि ऐसे क्वांटम बिंदु हैं जिनके लिए एक या दो आयामों में कोई हेटेरोइंटरफ़ेस नहीं हैं। इसके बावजूद, ऐसे क्वांटम डॉट्स में इलेक्ट्रॉनों, छिद्रों या एक्सिटॉन की गति संभावित कुओं की उपस्थिति के कारण स्थानिक रूप से सीमित होती है, जो उदाहरण के लिए, अर्धचालक परतों की मोटाई में यांत्रिक तनाव या उतार-चढ़ाव के कारण उत्पन्न होती है। इस अर्थ में, हम कह सकते हैं कि एक क्वांटम डॉट एक अर्धचालक सामग्री से भरा कोई त्रि-आयामी क्षमता है, जिसमें क्रम के विशिष्ट आयाम होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनों, छिद्रों और एक्सिटॉन की गति तीन आयामों में स्थानिक रूप से सीमित होती है।

क्वांटम डॉट निर्माण विधियाँ

विभिन्न क्वांटम बिंदुओं की विविधता के बीच, कई मुख्य प्रकारों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जिनका सबसे अधिक उपयोग किया जाता है प्रायोगिक अध्ययनऔर अनुप्रयोग. सबसे पहले, ये तरल पदार्थ, ग्लास और वाइड-गैप डाइलेक्ट्रिक्स के मैट्रिसेस में नैनोक्रिस्टल हैं (चित्र 1)। यदि वे कांच के मैट्रिक्स में उगाए जाते हैं, तो उनका आमतौर पर गोलाकार आकार होता है। यह ऐसी प्रणाली में था, जिसमें सिलिकेट ग्लास में एम्बेडेड CuCl क्वांटम डॉट्स शामिल थे, जिसमें एकल-फोटॉन अवशोषण का अध्ययन करते समय एक्साइटन के त्रि-आयामी आकार की मात्रा का प्रभाव पहली बार खोजा गया था। इस कार्य ने अर्ध-शून्य-आयामी प्रणालियों के भौतिकी के तेजी से विकास की शुरुआत को चिह्नित किया।

चित्र .1।

क्रिस्टलीय ढांकता हुआ मैट्रिक्स में क्वांटम डॉट्स आयताकार समानांतर चतुर्भुज हो सकते हैं, जैसा कि NaCl में एम्बेडेड CuCl-आधारित क्वांटम डॉट्स के मामले में है। नैनोक्रिस्टल भी क्वांटम डॉट्स हैं जो ड्रॉपलेट एपिटेक्सी द्वारा अर्धचालक मैट्रिक्स में उगाए जाते हैं।

दूसरों के लिए महत्वपूर्ण प्रकारक्वांटम डॉट्स तथाकथित स्व-संगठित क्वांटम डॉट्स हैं, जो आणविक बीम एपिटैक्सी तकनीक (छवि 2) का उपयोग करके स्ट्रांस्की-क्रास्टानोव विधि द्वारा निर्मित होते हैं। उनका विशेष फ़ीचरयह है कि वे एक अल्ट्राथिन वेटेबल परत के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े हुए हैं, जिसकी सामग्री क्वांटम डॉट्स की सामग्री से मेल खाती है। इस प्रकार, इन क्वांटम बिंदुओं में हेटेरोइंटरफ़ेस में से एक का अभाव है। इस प्रकार में, सिद्धांत रूप में, झरझरा अर्धचालक शामिल हो सकते हैं, उदाहरण के लिए झरझरा सी, साथ ही पतली अर्धचालक परतों में संभावित कुएं जो परतों की मोटाई में उतार-चढ़ाव के कारण उत्पन्न होते हैं।

अंक 2।

चित्र 3. यांत्रिक तनाव-प्रेरित InGaAs क्वांटम डॉट्स के साथ संरचना। 1 - GaAs परत को कवर करना; 2 - स्व-संगठित InP क्वांटम डॉट्स, जो InGaAs परत में त्रि-आयामी संभावित कुओं की उपस्थिति के लिए यांत्रिक तनाव निर्धारित करते हैं; 3 और 6 - GaAs बफ़र परतें; 4 - पतला InGaAs क्वांटम कुआँ, जिसमें यांत्रिक तनाव से प्रेरित क्वांटम बिंदु बनते हैं; 5 - क्वांटम बिंदु; 7 - GaAs सब्सट्रेट। बिंदीदार रेखाएं यांत्रिक तनाव प्रोफाइल दिखाती हैं।

यांत्रिक तनाव से प्रेरित क्वांटम डॉट्स को तीसरे प्रकार (चित्र 3) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। वे हेटेरोइंटरफेस सामग्रियों के जाली स्थिरांक के बेमेल होने के कारण उत्पन्न होने वाले यांत्रिक तनाव के कारण पतली अर्धचालक परतों में बनते हैं। ये यांत्रिक तनाव एक पतली परत में इलेक्ट्रॉनों, छिद्रों और एक्सिटॉन के लिए त्रि-आयामी क्षमता की उपस्थिति की ओर ले जाते हैं। चित्र से. 3. यह स्पष्ट है कि ऐसे क्वांटम डॉट्स में दो दिशाओं में हेटरोइंटरफ़ेस नहीं होते हैं।

"नैनोटेक्नोलॉजी" रूसी भाषा में एक जटिल इतिहास और संदर्भ वाला शब्द है, जो दुर्भाग्य से, थोड़ा बदनाम है। हालाँकि, अगर हम विडंबनापूर्ण सामाजिक-आर्थिक पहलुओं को नजरअंदाज करें, तो हम कह सकते हैं कि हाल के वर्षों में नैनोटेक्नोलॉजी एक वैज्ञानिक और सैद्धांतिक अवधारणा से ऐसे रूपों में विकसित होना शुरू हो गई है जो निकट भविष्य में वास्तविक वाणिज्यिक उत्पाद बन सकते हैं और हमारे जीवन में प्रवेश कर सकते हैं।

इसका एक बड़ा उदाहरण क्वांटम डॉट्स है। सेमीकंडक्टर नैनोकणों का उपयोग करने वाली प्रौद्योगिकियाँ धीरे-धीरे पूरी तरह से अलग-अलग क्षेत्रों में अनुप्रयोग पा रही हैं: चिकित्सा, मुद्रण, फोटोवोल्टिक्स, इलेक्ट्रॉनिक्स - कुछ उत्पाद अभी भी प्रोटोटाइप स्तर पर मौजूद हैं, कुछ स्थानों पर प्रौद्योगिकी आंशिक रूप से लागू की गई है, और कुछ पहले से ही व्यावहारिक उपयोग में हैं।

तो "क्वांटम डॉट" क्या है और इसे किसके साथ खाया जाता है?

क्वांटम डॉट अकार्बनिक अर्धचालक सामग्री (सिलिकॉन, इंडियम फॉस्फाइड, कैडमियम सेलेनाइड) का एक नैनोक्रिस्टल है। "नैनो" का अर्थ प्रति बिलियन भागों में मापा जाता है, और ऐसे क्रिस्टल का आकार 2 से 10 नैनोमीटर तक होता है। अपने छोटे आकार के कारण, नैनोकणों में इलेक्ट्रॉन थोक अर्धचालकों से बहुत अलग व्यवहार करते हैं।

क्वांटम डॉट का ऊर्जा स्पेक्ट्रम विषम है; इसमें एक इलेक्ट्रॉन (एक नकारात्मक चार्ज कण) और एक छेद के लिए अलग-अलग ऊर्जा स्तर होते हैं। अर्धचालकों में एक छेद एक अधूरा वैलेंस बंधन होता है, जो संख्यात्मक रूप से एक इलेक्ट्रॉन के बराबर सकारात्मक चार्ज का वाहक होता है, यह तब प्रकट होता है जब नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच का बंधन टूट जाता है।

यदि ऐसी स्थितियाँ निर्मित होती हैं जिसके तहत क्रिस्टल में आवेश वाहक एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाता है, तो इस संक्रमण के दौरान एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। कण आकार को बदलकर, आप इस विकिरण की अवशोषण आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित कर सकते हैं। व्यवहार में, इसका मतलब यह है कि बिंदु के कण आकार के आधार पर, विकिरणित होने पर, वे अलग-अलग रंगों में चमकेंगे।

कण आकार के माध्यम से विकिरण की तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित करने की क्षमता क्वांटम डॉट्स से स्थिर पदार्थ प्राप्त करना संभव बनाती है जो उनके द्वारा अवशोषित ऊर्जा को प्रकाश विकिरण - फोटोस्टेबल फॉस्फोर में परिवर्तित करती है।

क्वांटम डॉट्स पर आधारित समाधान उन क्षेत्रों के लिए महत्वपूर्ण कई मापदंडों में पारंपरिक कार्बनिक और अकार्बनिक फॉस्फोरस से बेहतर हैं व्यावहारिक अनुप्रयोग, जिसमें सटीक ट्यून करने योग्य ल्यूमिनसेंस की आवश्यकता होती है।

क्वांटम डॉट्स के लाभ:

• फोटोटेबल, कई वर्षों तक फ्लोरोसेंट गुण बरकरार रखता है।
• फोटोफ़ेडिंग के प्रति उच्च प्रतिरोध: कार्बनिक फ़्लोरोफ़ोर्स की तुलना में 100 - 1000 गुना अधिक।
• प्रतिदीप्ति की उच्च मात्रा उपज - 90% तक।
• व्यापक उत्तेजना स्पेक्ट्रम: यूवी से आईआर (400 - 200 एनएम) तक।
• उच्च प्रतिदीप्ति चोटियों (25-40 एनएम) के कारण उच्च रंग शुद्धता।
• रासायनिक क्षरण के प्रति उच्च प्रतिरोध।

एक अन्य लाभ, विशेष रूप से मुद्रण के लिए, यह है कि क्वांटम डॉट्स का उपयोग सोल बनाने के लिए किया जा सकता है - एक तरल माध्यम के साथ अत्यधिक फैला हुआ कोलाइडल सिस्टम जिसमें छोटे कण वितरित होते हैं। इसका मतलब यह है कि उनका उपयोग इंकजेट प्रिंटिंग के लिए उपयुक्त समाधान तैयार करने के लिए किया जा सकता है।

क्वांटम डॉट्स के अनुप्रयोग क्षेत्र:

मिथ्याकरण से दस्तावेज़ों और उत्पादों की सुरक्षा:प्रतिभूतियाँ, बैंकनोट, पहचान पत्र, टिकटें, मुहरें, प्रमाण पत्र, प्रमाण पत्र, प्लास्टिक कार्ड, ट्रेडमार्क। क्वांटम डॉट्स पर आधारित एक बहुरंगा कोडिंग प्रणाली खाद्य, फार्मास्युटिकल, रसायन उद्योगों, आभूषणों और कला के कार्यों में उत्पादों के रंग अंकन के लिए व्यावसायिक रूप से मांग में हो सकती है।

इस तथ्य के कारण कि तरल आधार जल-आधारित या यूवी-इलाज योग्य हो सकता है, क्वांटम डॉट्स के साथ स्याही का उपयोग करके आप लगभग किसी भी वस्तु को चिह्नित कर सकते हैं - कागज और अन्य अवशोषक आधारों के लिए - जल-आधारित स्याही, और गैर-अवशोषक आधारों (ग्लास) के लिए , लकड़ी, धातु, सिंथेटिक पॉलिमर, कंपोजिट) ​​- यूवी स्याही।

चिकित्सा और जैविक अनुसंधान में मार्कर।इस तथ्य के कारण कि जैविक मार्कर, डीएनए और आरएनए के टुकड़े जो एक विशिष्ट प्रकार की कोशिका पर प्रतिक्रिया करते हैं, उन्हें क्वांटम डॉट्स की सतह पर लगाया जा सकता है, उनका उपयोग प्रारंभिक चरण में जैविक अध्ययन और कैंसर के निदान में एक कंट्रास्ट के रूप में किया जा सकता है। , जब ट्यूमर का अभी तक मानक निदान विधियों द्वारा पता नहीं लगाया गया है।

इन विट्रो में ट्यूमर कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए फ्लोरोसेंट लेबल के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग बायोमेडिसिन में क्वांटम डॉट्स के अनुप्रयोग के सबसे आशाजनक और तेजी से विकसित होने वाले क्षेत्रों में से एक है।

इस तकनीक को बड़े पैमाने पर अपनाने में बाधा डालने वाली एकमात्र चीज इनविवो अध्ययनों में क्वांटम डॉट कंट्रास्ट का उपयोग करने की सुरक्षा का सवाल है, क्योंकि उनमें से अधिकांश बहुत जहरीले पदार्थों से बने होते हैं, और आकार इतने छोटे होते हैं कि वे शरीर की किसी भी बाधा को आसानी से भेद सकते हैं।

क्वांटम डॉट प्रदर्शित करता है: QLED - क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके एलईडी बैकलाइट के साथ एलसीडी डिस्प्ले बनाने की तकनीक का परीक्षण पहले ही प्रमुख इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माताओं द्वारा किया जा चुका है। इस तकनीक के उपयोग से डिस्प्ले ऊर्जा की खपत को कम करना, एलईडी स्क्रीन की तुलना में चमकदार प्रवाह को 25-30% तक बढ़ाना, समृद्ध रंग, स्पष्ट रंग प्रतिपादन, रंग की गहराई और स्क्रीन को अल्ट्रा-पतली और लचीला बनाने की क्षमता संभव हो जाती है।

इस तकनीक का उपयोग करने वाले पहले डिस्प्ले का प्रोटोटाइप फरवरी 2011 में सैमसंग द्वारा प्रस्तुत किया गया था, और पहला कंप्यूटर डिस्प्ले फिलिप्स द्वारा जारी किया गया था।

यह नीले एलईडी के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम से लाल और हरे रंग का उत्पादन करने के लिए क्वांटम डॉट्स का उपयोग करता है, जो प्राकृतिक के करीब रंग प्रतिपादन सुनिश्चित करता है। 2013 में, सोनी ने एक QLED स्क्रीन जारी की जो इसी सिद्धांत पर काम करती है। वर्तमान में, उत्पादन की उच्च लागत के कारण बड़ी स्क्रीन बनाने की इस तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

क्वांटम डॉट लेजर.एक लेज़र जिसका कार्य माध्यम उत्सर्जक क्षेत्र में क्वांटम डॉट्स है, क्वांटम कुओं पर आधारित पारंपरिक अर्धचालक लेज़रों की तुलना में कई फायदे हैं। उनके पास है बेहतर विशेषताएँआवृत्ति बैंड, शोर की तीव्रता के संदर्भ में, वे तापमान परिवर्तन के प्रति कम संवेदनशील होते हैं।

इस तथ्य के कारण कि क्वांटम डॉट की संरचना और आकार को बदलने से ऐसे लेजर के सक्रिय माध्यम को नियंत्रित करना संभव हो जाता है, उन तरंग दैर्ध्य पर काम करना संभव हो गया है जो पहले पहुंच से बाहर थे। यह तकनीक चिकित्सा में अभ्यास में सक्रिय रूप से उपयोग की जाती है, इसकी मदद से एक लेजर स्केलपेल बनाया गया था।

ऊर्जा

क्वांटम डॉट्स के आधार पर पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं के कई मॉडल भी विकसित किए गए हैं। वे ऑपरेशन के निम्नलिखित सिद्धांत पर आधारित हैं: प्रकाश के फोटॉन क्वांटम डॉट्स वाले एक फोटोवोल्टिक पदार्थ पर हमला करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन और छेद की एक जोड़ी की उपस्थिति उत्तेजित होती है, जिसकी ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के बराबर या उससे अधिक होती है। बाध्य अवस्था से मुक्त अवस्था में जाने के लिए अर्धचालक दिया जाता है। सामग्री के नैनोक्रिस्टल के आकार को बदलकर, फोटोवोल्टिक सामग्री के "ऊर्जा प्रदर्शन" को बदलना संभव है।

इस सिद्धांत के आधार पर, विभिन्न प्रकार के सौर पैनलों के कई मूल कार्यशील प्रोटोटाइप पहले ही बनाए जा चुके हैं।

2011 में, नोट्रे डेम विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड-आधारित "सोलर पेंट" का प्रस्ताव रखा, जिसे लगाने पर, किसी भी वस्तु को सौर सेल में बदल दिया जा सकता है। इसकी दक्षता काफी कम है (केवल 1%), लेकिन इसका उत्पादन सस्ता है और इसे बड़ी मात्रा में उत्पादित किया जा सकता है।

2014 में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने इसे बनाने की एक विधि प्रस्तुत की सौर कोशिकाएंक्वांटम डॉट्स की अल्ट्राथिन परतों से, उनके विकास की दक्षता 9% है, और मुख्य जानकारी क्वांटम डॉट्स को एक फिल्म में संयोजित करने की तकनीक में निहित है।

2015 में, केंद्र की प्रयोगशाला उन्नत तकनीकलॉस अलामोस में सौर फोटोवोल्टिक्स ने 3.2% की दक्षता के साथ विंडो-सौर बैटरी की अपनी परियोजना का प्रस्ताव रखा, जिसमें एक पारदर्शी ल्यूमिनसेंट क्वांटम सांद्रक शामिल है, जो काफी बड़े क्षेत्र पर कब्जा कर सकता है, और कॉम्पैक्ट सौर फोटोकल्स।

लेकिन अमेरिकी नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी (एनआरईएल) के शोधकर्ताओं ने, अधिकतम क्वांटम दक्षता वाले सेल का उत्पादन करने के लिए धातुओं के इष्टतम संयोजन की खोज में, एक वास्तविक प्रदर्शन रिकॉर्ड धारक बनाया - परीक्षणों में उनकी बैटरी की आंतरिक और बाहरी क्वांटम दक्षता 114 थी क्रमशः % और 130%।

ये पैरामीटर बैटरी की दक्षता नहीं हैं, जो अब अपेक्षाकृत छोटा प्रतिशत दिखाता है - केवल 4.5%, हालांकि, फोटो स्ट्रीम के संग्रह को अनुकूलित करना अध्ययन का मुख्य लक्ष्य नहीं था, जिसमें केवल तत्वों के सबसे प्रभावी संयोजन का चयन करना शामिल था। . हालाँकि, यह ध्यान देने योग्य है कि एनआरईएल प्रयोग से पहले, किसी भी बैटरी ने 100% से अधिक क्वांटम दक्षता का प्रदर्शन नहीं किया था।

जैसा कि हम देखते हैं, क्वांटम डॉट्स के व्यावहारिक अनुप्रयोग के संभावित क्षेत्र व्यापक और विविध हैं; सैद्धांतिक विकास एक साथ कई दिशाओं में किए जा रहे हैं। विभिन्न क्षेत्रों में उनका बड़े पैमाने पर परिचय कई सीमाओं से बाधित है: स्वयं बिंदुओं के उत्पादन की उच्च लागत, उनकी विषाक्तता, अपूर्णता और उत्पादन तकनीक की आर्थिक अक्षमता।

निकट भविष्य में, क्वांटम डॉट्स पर आधारित रंग कोडिंग और स्याही अंकन प्रणाली व्यापक हो सकती है। यह महसूस करते हुए कि इस बाजार स्थान पर अभी तक कब्जा नहीं किया गया है, लेकिन आशाजनक और ज्ञान-गहन है, IQDEMY कंपनी ने, अपनी रासायनिक प्रयोगशाला (नोवोसिबिर्स्क) के शोध कार्यों में से एक के रूप में, यूवी-इलाज योग्य स्याही के इष्टतम फॉर्मूलेशन के विकास की पहचान की है और पानी आधारित स्याही जिसमें क्वांटम डॉट्स होते हैं।

प्राप्त पहले मुद्रण नमूने प्रभावशाली हैं और इस तकनीक के व्यावहारिक विकास के लिए और संभावनाएं खोलते हैं: