碳量子點應用有哪些？粒徑量測控制好，效率提升助產業發展！

目錄 1.碳量子點是什麼？有哪些特性？  a.認識「碳量子點」前，先了解「量子點」！  b.「碳量子點」特性說明 2.碳量子點與粒徑量測關係為何？ 3.碳量子點應用產業有哪些？ 4.碳量子點量測範例

在近幾年的科技發展中，碳量子點應用可說是相當亮眼的明日之星。
碳量子點，或稱CQDs（Carbon Quantum Dots），擁有獨特的光學和電學性質，為光電子學、生物醫學、能源儲存等多個領域帶來了前所未有的可能性。其在合成技術、表面功能化、以及其在多種應用領域的性能，已逐漸成為當前研究的焦點。
隨著碳量子點技術的日趨成熟，本文將深入探討碳量子點各領域的應用，帶領大家用更深入的視角認識碳量子點！
 

碳量子點是什麼？有哪些特性？

 

認識「碳量子點」前，先了解「量子點」！

所謂的「量子點」，就是一種藉由控制粒徑大小，改變物質的吸光與放光波長的奈米科技代表。一般尺寸10nm以下（也有部分量子點會到20nm），較大的粒徑會放紅光，較小的粒徑則會放藍光。3位科學家：美國麻省理工學院教授巴汶帝、哥倫比亞大學名譽教授布魯斯、曾任奈米晶體科技公司首席科學家的艾吉莫夫，更因此獲得－2023年諾貝爾化學獎。
傳統的「量子點」材料都以鉛、鎘等金屬組成，與之相比碳量子點無毒、成本低、低環境影響，具有可取代潛力的明日之星。

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「碳量子點」特性說明

而「碳量子點」（carbon quantum dots, CQDs）是一種新穎的碳基0維材料，並於2004年時第一次被發現。其具備有水溶性、環境友好、低毒性等等優點，在醫療、能源開發、生物傳感器等等領域都有相當大的潛力。
「碳量子點」是由碳材料製成的一種奈米粒子，其直徑通常在1到10奈米之間。與傳統的量子點不同，炭量子點通常由有機分子或石墨烯等碳材料製成，因此具有較高的化學穩定性和生物相容性。此外，「炭量子點」也具有較高的發光效率和較長的發光壽命。
 

碳量子點與粒徑量測關係為何？

不管是「量子點」或是我們的主題「碳量子點」，一個材料若想要發揮他的量子效率，最重要的還是能穩定控制粒徑大小。而「無機量子點」，一直到1980年代才能在實驗室條件下穩定合成。
「碳量子點」是更新興的螢光材料，製備的條件與許多碳素材料一樣，例如：奈米碳管、石墨烯等等需要良好的分散性，不然團聚後就是一團團的黑碳罷了。其中「碳量子點」大多是以奈米碳材為基礎，修飾表面官能基經過良好的分散製備而成。
較常見的方法有：弧光放電法、電化學法、雷射剝削法、微波消解合成法、水熱法等等。
各種方法有各自的特點，例如：製程的複雜程度、所需儀器不同、環境友善程度等等。

碳量子點應用產業有哪些？

由於「碳量子點」具有較高的生物相容性和發光效率，比起傳統量子點大量用於電子元件（例如：顯示器）領域。又因為「碳量子點」具有低毒性的特性，故其最受矚目的應用之一，是在生物醫學領域方面：

• 生物成像

「碳量子點」具有低生物毒性、高光化學穩定性，可適用於生物標記特定細胞等。

• 生物傳感器

用於酸鹼、或是特定DNA檢測等。

• 熱治療

利用「碳量子點」於特定波長下會放光的特性，研究利用於部分如癌症治療等可能性。

此外，「碳量子點」還可以用於光催化、太陽能電池等領域；「碳量子點」更是一種具有廣泛應用前景的奈米材料，特別是在生物醫學和奈米電子領域上。
 

碳量子點量測範例

「碳量子點」的製備有許多方法，但是如何將其規模化的生產製備以及增加良率與產量仍然是一大挑戰。
要使其有量子效率性質，必須將粒徑控制在10nm以下，並且分散良好。
以下簡單分享一個量測範例：

以nanoSAQLA量測該「碳量子點」的粒徑分佈，可以看到擁有良好的重複性。
其主要分佈集中在10nm左右，但是在1000nm左右有明顯的凝集peak。
而這些凝集的peak，都有可能會影響量子效率，必須再尋找更好的分散方法。



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