科学家新视野－获诺贝尔化学奖 量子点为何有产业化的潜力？

随着量子点研究更精进，可预期未来在基础科学研究到商业产品、医疗技术等领域，可获得更多突破性的成果。图／新华社

2023年的诺贝尔化学奖颁给了研究量子点的学者，从基础研究到产业应用，举凡显示器、绿色能源、生医领域，量子点展现独特而广泛的价值，无疑是当前科学研究和技术发展应该予以关注的重要领域。诺贝尔奖不仅肯定了过去的量子点研究，更期待量子点未来的高度潜力。但究竟，量子点是什么？为何此奈米材料近年成为科学与产业的热点？

量子点是极小的奈米半导体材料，尺寸通常介于1至10奈米，即数百至数千个的原子。在微观上，它展现原子的性质，巨观上，则具有材料的特性。最有趣的是能透过调整尺寸来改变量子点的性质，科学家可以设计或创造新的奈米材料。近年来，随着技术的进步，量子点已正式进入我们的生活。你可能已经看过市面上的「量子点电视」，它提供了更高的色彩解析度和细致的画面。除显示技术，量子点在太阳能电池、生物感测、自驾车技术、医疗影像感测等领域也有丰富的应用前景。

量子点的研究起源于1980年代，本次得诺贝尔奖的学者在1990年代发现新的制造技术，引领后续研究热潮，台湾在量子点研究的早期阶段就开始参与，包含大学与研究单位都有相关研究。甚至在2002年时，工业技术研究院材料与化工研究所就进行量子点光源研究计划，并有产业界公司投入研究量子显示器应用，是国际研究先驱之一，多篇重要论文也证明台湾学者在此领域的贡献。目前在台湾光电半导体公司、大学与工研院，有多个研究团队也研究相关材料与应用技术。由于台湾具有顶尖的半导体制造能力和研发实力，有能力成为全球量子点研究和应用的重要据点。

除显示与光源技术，目前研究人员正在努力将量子点应用于太阳能电池中，以提高能源转换效率。与传统太阳能电池相比，使用量子点的电池具有更好的光电转换效率，且成本也更低。研究者还探讨量子点用于水分解、光催化等绿色制氢技术中，这对洁净能源的发展极为重要。而在生医领域，某些医疗影像技术中，量子点可以作为萤光标记的物质，帮助医生更准确地定位和识别异常组织，或是协助药物输送和定点治疗。我们可以预见未来的20年中，量子点将更加普及。

但是，并非所有奈米技术都与量子点相关，例如台积电的奈米制程是减小导线的尺寸，使电子讯号更快地传输，并不涉及「量子效应」所以不被归类为量子材料技术。虽然量子点在显微镜下看起来像点状物，但它与目前的材料类型有所不同，它更像是「0维」的材料，具有独特的「量子效应」，无法直接归类为一般3D材料、2D薄膜或1D奈米线。

随着技术的进步，量子点的研究和应用将不断扩大。我们可以预期这种奈米材料将更广泛应用于各种领域，从基础科学研究到商业产品，再到医疗技术，都可以期待更多突破性的成果。透过这次诺贝尔化学奖的荣誉，期待吸引更多的年轻学者加入并持续推动量子点技术的研究和应用，为人类带来更多的福祉和进步。