為什麼下一代電視需要煤？

多彩的量子點

當前的材料科學和納米技術中，量子點已經成為一個很熱門的研究對象。名字很高大上，但它很好理解。量子點有時還稱為「人造原子」，是一種人工合成的體積很小的納米材料結構單元，通常的直徑只有幾個納米。

別看個頭小，量子點卻有個神奇的屬性。它們在紫外線（或一些波長較短的可見光）的照射下，能發出可見光，而且改變數子點的體積和形狀，就能改變它們發出的可見光的顏色。通常來說，量子點個頭越小，發光的波長就會越短，顏色就越偏近於藍色。反之則是紅色。

量子點主要應用到電腦和電視的顯示器中。事實上，市面上一些最新的LCD顯示器，就使用了量子點這種材料。科學家還認為，量子點還可以應用於很多其他的領域，比如醫學成像、光伏發電、量子計算機等。

便宜無毒的量子點

然而，在量子點得到廣泛應用之前，還有個製造問題需要解決。技術人員通常會使用重金屬當作製造量子點的原料，比如金屬鎘，但重金屬是有毒的。此外，製造成本仍居高不下。可以說，量子點就是一種昂貴的毒物。

不過在2013年，美國化學家詹姆斯·圖爾發現，在一塊煤中，大約25%是石墨烯構成的量子點。石墨烯是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜，那麼石墨烯構成的量子點，其實就是一塊很小的石墨烯。圖爾的這個發現，給量子點的製造指引了一個新的途徑。

現在，一家叫做Dotz Nano的澳大利亞公司，已經成功地用煤製造出了石墨烯量子點，同時還克服了量子點製造難題。煤很便宜，成本自然很低，而且基本上是無毒的。

當石墨烯量子點應用到顯示器上時，除了便宜無毒的優勢以外，還有其他優勢。因為用金屬量子點來製造顯示器，有一個問題：發藍光的金屬量子點太小了，無法用在顯示器中。生產商會使用藍光LED當背光，除了可以直接提供藍光以外，還可以為發綠光和紅光的量子點提供能量。但這種顯示方法並不很完美，技術人員得精心地把藍光LED與量子點協調好。如果出現紅綠光的轉換不足，就會造成顯示偏藍的現象。

這個問題似乎不太嚴重，但在競爭殘酷的顯示器市場中，這是至關重要的。而發藍光的石墨烯量子點卻足夠大，可以直接用來當作發光元件。這樣，顯示器的三種光都來自量子點，比原來的更完美。更關鍵的是，石墨烯量子點能在短期內大幅度降低顯示器的生產成本。

大顯身手的量子點

量子點變為無毒的材料，這樣許多其他領域也就能使用量子點技術了。比如在洗滌劑工業中，一般會使用熒光物質當作增白劑，因為熒光物質會吸收紫外線產生紫藍色，提高衣物等物品在日光下的白度。但是熒光物質會變質失效，而且它還有一定毒性。而石墨烯量子點不會失效，而且無毒，所以是一種理想的增白劑。

石墨烯量子點還可以應用到紫外線防偽標籤中。Dotz Nano公司就用了大小不同的量子點，製造了一種複雜的難以複製的無毒防偽標籤。無毒防偽標籤有很大用處，比如可以把它們直接印在藥片上，來保證藥品的真實性。

然而，從長遠來看，石墨烯量子點最重要的應用是在醫學領域，特別是能成為治療癌症的工具。因為石墨烯量子點是碳原子構成的一小塊單層結構，對外界環境變化很敏感。而癌細胞比普通細胞活躍，其表面所帶的負電荷密度會更高，這種差別會對石墨烯量子點產生不同的影響，於是石墨烯量子點就能區分出癌細胞與普通細胞。研究人員正在嘗試把藥物分子與石墨烯量子點相結合，並讓石墨烯量子點檢測到癌細胞時，釋放藥物分子殺死細胞。如果這種技術能成功的話，那麼將來的化療可以只殺死癌細胞，而不再同時傷害健康的細胞。

換句話說，一個可以產生骯髒的煙塵、引發癌症的煤，可以搖身一變，成為治療癌症的工具。這絕對是煤的最華麗的轉型。

本文源自大科技 2017年第9期雜誌文章 歡迎您關注大科技公眾號：hdkj1997

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