量子点是半导体材料的荧光纳米颗粒。它们发出的光颜色随点的大小而变化，随着点变小，颜色向光谱的蓝色端移动。量子点的提议应用包括激光器、彩色显示器和生物成像。但实现其商业潜力一直很缓慢，因为量子点价格昂贵；每克至少 2,000 美元，这主要是由于其制造过程中使用了昂贵的溶剂。现在，莱斯大学的一个团队已经证明，更经济的溶剂同样有效，从而大幅削减了材料支出。他们还确定了溶剂的性质如何影响量子点的形成，这可能有助于开发大规模生产系统。
事实上，扩大现有合成方法规模的愿望促使化学家迈克尔·S·王和他在莱斯大学的同事们采用了这种节约成本的技术。特别是，他们对硒化镉量子点感兴趣，这是研究最多的品种之一。用于制备硒化镉量子点的常用配方已有 10 年历史，需要在特殊溶剂中将前体化学物质加热到约 250 摄氏度的温度。
研究人员很快意识到，标准配方的成本过高，并且 90% 的材料费用来自溶剂十八碳烯。然后，他们研究了文献，试图确定是什么让十八碳烯如此特别。例如，它是一种长链烃，这意味着它与配方的另一种成分油酸相容。但在广泛审查后，他们认为这种分子结构可能并没有那么重要。
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什么是重要的？ 显然，溶剂必须具有高沸点并能抵抗分解——并且要比十八碳烯便宜。化学家们熟悉所谓的传热流体，这些流体满足所有这三个要求。然而，传热流体不被用作溶剂，因为它们既不如普通溶剂干净也不如普通溶剂纯净。但幸运的是，这对于量子点制造来说不是问题。
因此，该团队尝试在两种流体 Dowtherm A 和 Therminol 66 中制造量子点。果然，量子点形成了，很像在传统的昂贵的十八碳烯中一样。“我们非常兴奋，”王回忆道。使用两种流体中更便宜的 Dowtherm A，成本降低了 80%。该小组现在也在使用相同的流体制造成分与硒化镉不同的量子点。
生产的量子点比使用十八碳烯制成的量子点略小。经过一些研究，研究人员提出了一个数学模型来解释这些差异。该模型根据三个量预测量子点生长的速率：溶剂的粘度、硒化镉在溶剂中的溶解度以及表面自由能，表面自由能与量子点表面在溶剂存在下的稳定性有关。
制造的量子点数量仍然很少——该团队每批次仅创建约 20 毫克。王说，批量处理可能适用于只需要几克量子点的应用，但“下一个目标是开发用于制造公斤级量子点的连续流系统”。由于量子点化学非常敏感，“我们需要学习如何在反应器中很好地控制它，所以我们的数学模型是一个很好的起点。”