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量子科学应用范文1
关键词 教学做一体化 理实一体化教学 电子测量 应用探索
中图分类号:G71 文献标识码:A
“教学做一体化”的思想,对指导职业学校的电子专业课教学有重要的理论价值和实践意义。理实一体化教学是打破理论课、实验课和实训课的界限,理论和实践同时进行,突出学生动手能力和专业技能培养,充分调动和激发学生学习兴趣的一种教学方法。
电子测量是一门知识面很广,理论性、实践性都很强的课程,电子测量技术又是一门综合性技术。我们在电子测量课程教学中进行理实一体化教学的研究表明,开展理实一体化教学有利于学生操作技能的提高,有利于加深学生对理论知识的掌握与理解。
1理实一体化教学是“教学做一体化”的实践
它基本主张是:事怎样做便怎样学,怎样学便怎样教,在做上教、在做上学,做既是学的中心,也是教的中心。“理实一体化”教学模式要改变以往的教学模式,在课程标准的设置上做到理论知识的讲授以“必需、够用”为原则,强调“实用、适度”,技能操作则强调与实际接轨,同时注重学生的创新能力的培养。
2“教学做一体化”在电子测量课程中的应用探索
2.1“教学做一体化”需要优化课程标准
随着技术进步,社会需求的改变,电子测量的课程体系和内容已跟不上社会、企业对本专业人才提出的培养目标,与理实一体化教学的要求不相适应。同时,现有的电子测量课程标准对理论知识的要求较多,而实践操作的要求相对较少。因此,课程标准的调整是十分必要的。如第一部分电子测量的基本知识,设置一些关于实际测量结果的数据的处理,增强学生对基本知识的应用能力。第二部分常用的电子测量仪器及其测量技术,主要将掌握信号发生器、电子示波器、电压表仪器的工作原理改为理解仪器的工作原理。第三部分其他电子测量仪器及其测量技术,只要求学生掌握电子计数器、扫频仪、晶体管特性图示仪等相关仪器的操作方法就可以了。
2.2“教学做一体化”应具备合适教材
实施“教学做一体化”需要根据学校的实际情况,编写适合本校的校本教本。在编写过程要注意以下问题:
(1)要依据上级教学大纲、课程标准和国家技能鉴定的标准,按科学合理性和实用够用的原则编写一体化教材;
(2)深入企业进行调研,了解企业岗位要求,以企业用人标准为依据,在专业知识的安排上,坚持够用、实用的原则,去除复杂的理论知识,同时,提高技能训练学时的比例;
(3)对学校实验实习场所的情况进行调查,掌握现在实验实施的可使用情况,结合课程标准中的实践要求编制适合学校设备的技能操作指导手册;
(4)关注行业的发展趋势,多介绍新技术、新知识、新工艺、新方法,使教材与行业发展紧密联系。
2.3“教学做一体化”需要理实一体化的教学场所
教学场所是保证教学实施的重要环节,传统的教学是理论和实践分别在不同的教室进行的。以往的电子测量课程教学安排,理论课程大多在多媒体教室进行,介绍仪器的基本原理与操作方法,而到实习室进行实践训练时操步骤已经忘记了,老师又要重新讲,十分浪费时间,影响教学效果。这种理论与实践分割的教学场地安排,是与实践教学严重脱节的,因此要改变理论课与实践课地点分离的教学模式,创造一体化的教学场地。
2.4“教学做一体化”需要“双师型”教师
长期的理论和实践分开教学,导致部分专业课教师只在专业理论知识的教学方面下功夫,而忽略了实践操作方面的能力的提高 ;另外,专职实训教师在理论教学的方面能力比较欠缺,而操作方面的比较突出。要进行一体化教学,对专业教师提出了更高的要求,这不仅要求教师具有较扎实的专业理论功底,也要具有较熟练的实践技能。所以专业课教师要通过各种培训、下厂实习等学习机会,逐渐成长为能胜任理论教学又能指导实习操作的“双师型”教师。
2.5“教学做一体化”需完善课程评价体系
以往电子测量课程的考核偏向于理论考试,而对实践操作的考核是忽略的,导致教学质量评价很不全面。因此,需要对课程评价体系进行改革,可以从过程评价和结果评价两个方面着手,逐渐完善考核方法。对于理论知识的考核可以采用结果评价,可以采取理论考试的方法,根据学生的考试成绩,给出相应的评价。而操作技能需要从过程考核入手,根据学生对操作技能掌握的情况给出不同成绩评价。这样使学生对职业技能的掌握就有较高的积极性和主动性,教学效果显著。
3结语
运用“教学做一体化”的思想探索理实一体化教学的过程中,要紧紧把握课程改革的动态,创新地应用新教学方法;要不断地进行反思,并在实际教学过程中加以改进和提高。只有这样才能更好地将理实一体化教学应用到实践教学中提高教学质量。
参考文献
[1] 李明生.电子测量仪器[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2] 周洪宇.陶行知教育名篇精选[M].福建:福建教育出版社,2013.9.
量子科学应用范文2
笔者在教学《电子商务基础》“网络营销新理念”这一章节时,创造性地引入了企业的微博活动进入课堂,让学生利用计算机网络的工具,通过模拟参与微博营销,在学习中体会企业在进行网络营销时新理念,掌握一定的实际网络营销技巧。这样与时下最流行的互联网应用结合起来,增强了电子商务教学的趣味性,提高了学生的学习兴趣,让学生在活动中掌握网络营销新理念的知识和技能。
本节课的教学目标是希望学生通过学习,了解网络营销相对于传统营销的新理念,对“网络软营销”的应用技巧有一定直观的认识,具体做法如下:
一、传统营销理念案例分析
在引入新课的时候,我先提出问题:“何为新理念,新在何处?”让学生带着思考进入本节课的学习。
要知道什么“新”,先要知道什么是“旧”,我先通过常见的电视广告——脑白金、户外平面广告——电线杆上的小广告、人员推销——街头拦截等等传统营销手段的案例展示,让学生思考:传统营销有没有效果——当然是有效果的;传统营销有何特点——学生会有直观的感受,例如重复,强制,直接,甚至有些粗暴,无聊。以此,为接下来引出网络营销新理念做好铺垫。
二、微博活动过程
接下来就是通过微博活动,让学生全员参与,对网络营销有一个直观的认识。教学活动的设计如下:
1、活动介绍:
什么是微博活动?
微博活动是网络营销手段的一种,在微博迅速走红的今天,越来越多的企业开始尝试利用微博进行网络营销活动。微博所具有的快捷性、交互性和广泛性,为企业拉近与用户距离,增强用户忠诚度,获取用户需求提供了一个非常好的平台。
企业通常采用的形式是,在新浪或腾讯微博平台上注册自己的官方微博,利用企业官方微博组织一场消费者与企业之间的互动活动,在这个过程中通过一定奖品的利益驱使,激励用户为其转发传播企业信息。并在此过程中强化消费者对于企业品牌的认知度和忠诚度。
教学活动目的:
本节课,是想通过一个模拟的、缩小的微博活动,让学生亲身体验微博活动的做法,认识到微博营销的特点、成效,以及从中体现出的网络营销新理念。由于该班学生为物流专业,所以在模拟活动的时候,以著名物流企业“顺丰速运”为例。
活动内容:
假设物流企业“顺丰速运”拟在新浪微博上开展营销活动。本物流公司认为物流工作不仅仅是为广大消费者传递物品,其实也在传递寄收双方的爱意。冬天已至,也希望能鼓动微博网友为其下一阶段的广告宣传口号出谋划策。
活动微博内容为:
“#微博速递#寒冬已至,XX速运为您传递暖暖的爱意,转发此条微博,并@你特别关注的三位好友,就有机会获得奖励。另外,在评论中留言,为我们策划一个“宣传口号”,一经采用,将有更加丰厚的奖励。”
活动规则:
(1)使用各自的新浪微博账号,在新浪微博上搜索并关注“教师活动微博”。
(2)转发活动微博,并@你的三位好友,前5位转发者可获得平时成绩+3分。
每个账号可进行多次转发,总转发次数第50次的转发者,可获得平时成绩+4分。第100次转发者,可获得平时成绩+6分。
(3)为本次主题活动策划“宣传口号”。这个可以是每个同学独立思考,也可以小组内共同讨论协作制定,以小组内某同学的账号在活动主帖下以评论形式留言。
评选出最佳宣传口号,该留言同学可获得平时成绩+10分,同时,该同学同组同学每人+2分。
(4)活动时间限定为5分钟。
在课前我已经做好了布置,让他们每个人都注册一个微博,并且关注了我的“教师活动微博”,熟悉微博的转发评论功能。这个微博活动当中,有一项策划广告词的内容,鼓励学生发挥创意,也是一种营销能力的锻炼。
在活动过程中,我利用机房教室的投影屏直播活动进行过程,根据活动进行情况作出适当的激励和控制。在5分钟的过程中,学生的表现甚至超出我的预期,转发量超过150次,评论——即广告词30余条,其中有不少很优秀的广告词,
2、活动分析:
活动完成,趁热打铁,对微博营销的活动进行分析。
(1)成果分析
(2)成本分析
(3)效率分析
三、新旧营销理念对比思考
活动做完,成效也进行了深入地分析。我又提出了一个新的问题。
“这是一个典型的网络营销案例,与传统营销相比,它的理念新在何处?好在哪里?”
这是一个比较宽泛、比较大的问题,学生在思考时可能较难找到出发点、落脚点,因此我把它分解为6个小问题。
从以下角度思考,在这个营销活动中:
1、主要参与者是企业还是消费者?
2、信息的传播者是企业还是消费者?
3、获益的是哪一方?企业还是消费者?
4、消费者转发评论的行为是主动自愿进行的还是被胁迫进行的?
5、企业与消费者之间的沟通有没有经过中间商或者是广告商?
6、企业与消费者之间的信息传递是单向的还是双向的互动?
由小组讨论来回答。
四、由问题探讨引出网络营销的三种新理念
这六个分解问题的设计是与网络营销的三种新理念相互呼应的。
网络营销的三种新理念分别为:
1、 整合营销
2、 网络“软营销”
3、 网络直复营销
五、课堂总结
最后与学生一起回顾本节课的重点——通过微博活动引出的三种网络营销新理念。然后再引导学生思考,网络营销的手段仅仅只有微博营销一种吗?
当然不是,网络营销的手段有很多,例如搜索引擎营销、病毒式营销、SNS营销等等。所以布置的作业即是每个小组分配一项任务,寻找某种网络营销手段的案例,下次课向全班同学分享展示。这样在作业中,让学生去锻炼,去了解,加深对网络营销的认识,为后续的课程学习也做好准备铺垫。
六、教学反思
电子商务是一个对时效性与实践性要求很高的专业。作为一个年轻的学科,电子商务的理念以及应用模式一直在不断地发展和进化。因此,电子商务的教学绝不应该仅限于故纸堆当中的理论,或者是已渐渐过时、被淘汰的工具应用,而是要做到:一,与时俱进,适应当下,面向未来;二,重视实践,学校的教学要与企业的实际结合,培养企业需要的电子商务人才;三,培养学生的创新能力,企业需要创新,经济发展需要创新,电子商务的进步需要创新。
电子商务行业、互联网行业每天都在诞生新鲜有趣的创意和应用,年轻学生更喜欢接受新鲜事物,电子商务的课堂可以用时下最流行的互联网应用点亮。
在教学中,教师自己应当不断学习,不断进步,这样才能提升教学水平,增加课堂的吸引力,才能培养出与时俱进,适应时展需要的电子商务人才。
量子科学应用范文3
在认识量子反常霍尔效应之前,让我们先来了解一下量子霍尔效应。
量子霍尔效应,于1980年被德国科学家发现,是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛,比如,我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。实际上,量子霍尔效应就是粒子在低温条件下所发生的一种奇特现象。普通状态的电子是杂乱无章的,它们无序运动,不断发生碰撞。而处于量子霍尔态的电子则好像置身在一条“高速公路”上,中间有隔离带,将两个方向的“车流”隔开。
也就是说,量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题,因而在未来的量子计算、量子信息存储方面具有巨大的应用潜力,据此设计新一代大规模集成电路和元器件,将会具有极低的能耗。
量子霍尔效应可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。这就好比一辆高级跑车,常态下是在拥挤的市区街道前进,而在量子霍尔效应下,则可以在“各行其道、互不干扰”的高速路上前进。
然而,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,相当于外加10个计算机大的磁铁,这不但体积庞大,而且价格昂贵,不适合个人电脑和便携式计算机。而量子反常霍尔效应的美妙之处就是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。
在当今信息社会,半导体技术飞速发展,但电脑运行中热量如何散发成为困扰半导体和信息产业发展的一个瓶颈问题。而量子反常霍尔效应的发现将有望解决这一难题。科学家可使电子在不需要强磁场的情况下,按照固定轨迹运动,减少电子无规则碰撞导致的发热和能量损耗。也许不久的将来,量子反常霍尔效应能够得到广泛应用,通过密度集成,计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的IPAD那么大,未来电脑也可能不再需要散热器。
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量子通信是利用量子力学基本原理进行信息传递的一种新型通信方式。理论上,量子通信可实现无条件安全的链路数据传输,被认为是保障未来通信安全最重要的技术手段。
量子是微观物理世界中的基本单位,一个最最小的单元。量子理论主要包括量子测不准原理和量子纠缠。
早在 1927 年,德国科学家海森堡就提出了量子测不准原理。在现代科学认知中,几乎任何已知事物都是可测的,但量子是个例外。以制造硬币为例,制造硬币的基本前提是测定模板、再行复制。但在量子世界,这枚“硬币”是不确定的,你根本没法测量它,量子一旦被测量,还来不及被复制,它就不是原来那个量子了。
如果将这一原理应用在通信技术上,就是天然的保密通信手段。
在通信中,对方的话通过座机、手机等有线、无线终端,远距离传送到你的耳朵里。如果他人要窃听你们的对话,必须完成这个对话的复制过程。如果这段通话被加密,那么必须先复制到密码,再解密为正常通话。
可以说,一旦通信中的信息和密码用量子来承载,就是不可复制的。
我们把想要保密传输的信息加载到一个个不可能被准确观测和复制的量子上,只要有人在途中打算窃听信息,一“碰”,它的状态就改变了,窃听者拿到的只会是一堆毫无用处的信息。
量子通信另一个核心内容是隐形传输,是利用光子等基本粒子的量子纠缠原理来实现保密通信的。在量子力学里,两个粒子在经过短暂时间彼此耦合之后,单独搅扰其中任意一个粒子,会不可避免地影响到另外一个粒子的性质,尽管两个粒子之间可能相隔很长一段距离,这种关联现象被称为量子纠缠。
在量子通信系统中,信息的发送方和接收方共享两个存在纠缠关联的光子。当发送方将信息赋予一个光子时,接收方的纠缠光子就会几乎同时发生一致的变化,瞬间完成信息的传输,从根本上杜绝了被窃听、被截获的可能。
量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的潜在应用价值和发展前景,还可用于涉及秘密数据、票据的电信、证券、保险、银行、工商等领域和部门。
量子科学应用范文5
[关键词]网络支付信息安全量子计算量子密码
目前电子商务日益普及,电子货币、电子支票、信用卡等综合网络支付手段已经得到普遍使用。在网络支付中,隐私信息需要防止被窃取或盗用。同时,订货和付款等信息被竞争对手获悉或篡改还可能丧失商机等。因此在网络支付中信息均有加密要求。
一、量子计算
随着计算机的飞速发展,破译数学密码的难度也在降低。若能对任意极大整数快速做质数分解,就可破解目前普遍采用的RSA密码系统。但是以传统已知最快的方法对整数做质数分解,其复杂度是此整数位数的指数函数。正是如此巨额的计算复杂度保障了密码系统的安全。
不过随着量子计算机的出现,计算达到超高速水平。其潜在计算速度远远高于传统的电子计算机,如一台具有5000个左右量子位(qubit)的量子计算机可以在30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的问题。量子位可代表了一个0或1,也可代表二者的结合,或是0和1之间的一种状态。根据量子力学的基本原理,一个量子可同时有两种状态,即一个量子可同时表示0和1。因此采用L个量子可一次同时对2L个数据进行处理,从而一步完成海量计算。
这种对计算问题的描述方法大大降低了计算复杂性,因此建立在这种能力上的量子计算机的运算能力是传统计算机所无法相比的。例如一台只有几千量子比特的相对较小量子计算机就能破译现存用来保证网上银行和信用卡交易信息安全的所有公用密钥密码系统。因此,量子计算机会对现在的密码系统造成极大威胁。不过,量子力学同时也提供了一个检测信息交换是否安全的办法,即量子密码技术。
二、量子密码技术的原理
从数学上讲只要掌握了恰当的方法任何密码都可破译。此外,由于密码在被窃听、破解时不会留下任何痕迹,用户无法察觉,就会继续使用同地址、密码来存储传输重要信息,从而造成更大损失。然而量子理论将会完全改变这一切。
自上世纪90年代以来科学家开始了量子密码的研究。因为采用量子密码技术加密的数据不可破译,一旦有人非法获取这些信息,使用者就会立即知道并采取措施。无论多么聪明的窃听者在破译密码时都会留下痕迹。更惊叹的是量子密码甚至能在被窃听的同时自动改变。毫无疑问这是一种真正安全、不可窃听破译的密码。
以往密码学的理论基础是数学,而量子密码学的理论基础是量子力学,利用物理学原理来保护信息。其原理是“海森堡测不准原理”中所包含的一个特性,即当有人对量子系统进行偷窥时,同时也会破坏这个系统。在量子物理学中有一个“海森堡测不准原理”,如果人们开始准确了解到基本粒子动量的变化,那么也就开始丧失对该粒子位置变化的认识。所以如果使用光去观察基本粒子,照亮粒子的光(即便仅一个光子)的行为都会使之改变路线,从而无法发现该粒子的实际位置。从这个原理也可知,对光子来讲只有对光子实施干扰才能“看见”光子。因此对输运光子线路的窃听会破坏原通讯线路之间的相互关系,通讯会被中断,这实际上就是一种不同于传统需要加密解密的加密技术。在传统加密交换中两个通讯对象必须事先拥有共同信息——密钥,包含需要加密、解密的算法数据信息。而先于信息传输的密钥交换正是传统加密协议的弱点。另外,还有“单量子不可复制定理”。它是上述原理的推论,指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的,因为要复制单个量子就必须先做测量,而测量必然会改变量子状态。根据这两个原理,即使量子密码不幸被电脑黑客获取,也会因测量过程中对量子状态的改变使得黑客只能得到一些毫无意义的数据。
量子密码就是利用量子状态作为信息加密、解密的密钥,其原理就是被爱因斯坦称为“神秘远距离活动”的量子纠缠。它是一种量子力学现象,指不论两个粒子间距离有多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子。因此当使用一个特殊晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子后,即使相距遥远它们也是相互联结的。只要测量出其中一个被纠缠光子的属性,就容易推断出其他光子的属性。而且由这些光子产生的密码只有通过特定发送器、吸收器才能阅读。同时由于这些光子间的“神秘远距离活动”独一无二,只要有人要非法破译这些密码,就会不可避免地扰乱光子的性质。而且异动的光子会像警铃一样显示出入侵者的踪迹,再高明的黑客对这种加密技术也将一筹莫展。
三、量子密码技术在网络支付中的发展与应用
由于量子密码技术具有极好的市场前景和科学价值,故成为近年来国际学术界的一个前沿研究热点,欧洲、北美和日本都进行了大量的研究。在一些前沿领域量子密码技术非常被看好,许多针对性的应用实验正在进行。例如美国的BBN多种技术公司正在试验将量子密码引进因特网,并抓紧研究名为“开关”的设施,使用户可在因特网的大量加密量子流中接收属于自己的密码信息。应用在电子商务中,这种设施就可以确保在进行网络支付时用户密码等各重要信息的安全。
2007年3月国际上首个量子密码通信网络由我国科学家郭光灿在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的惟一无中转、可同时任意互通的量子密码通信网络,标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。2007年4月日本的研究小组利用商业光纤线路成功完成了量子密码传输的验证实验,据悉此研究小组还计划在2010年将这种量子密码传输技术投入使用,为金融机构和政府机关提供服务。
随着量子密码技术的发展,在不久的将来它将在网络支付的信息保护方面得到广泛应用,例如获取安全密钥、对数据加密、信息隐藏、信息身份认证等。相信未来量子密码技术将在确保电子支付安全中发挥至关重要的作用。
参考文献:
[1]王阿川宋辞等:一种更加安全的密码技术——量子密码[J].中国安全科学学报,2007,17(1):107~110
量子科学应用范文6
【关键词】量子点;性质;合成;表面修饰
量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒,又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变,其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应,因此成为一类比较特殊的纳米材料。自1990年7月美国召开第一届纳米会议[1],各国都在纳米技术方面给予巨大的投入,使得包括量子点技术在内的纳米技术飞速发展,其应用已突破原来的微电子和光电材料领域[2-3]。
1 量子点的基本特性
量子点的基本特性有:量子尺寸效应,表面效应,量子限域效应,宏观量子隧道效应,除此之外,量子点具有一些独特的光学效应[4],这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势:
(1)量子点具有宽的激发光谱范围,可以用波长短于发射光的光激发,并产生窄而对称的发射光谱,避免了相邻探测通道之间的干扰。而有机染料荧光分子激光光谱较窄,每一种荧光分子必须用固定波长的光来激发,而且产生的荧光峰较宽,且不对称,有些拖尾,这给区分不同的探针分子带来了困难,故很难用有机染料分子同时检测多种组分。
(2)量子点还可以“调色”,即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成,使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小,发射光的波长越小。因此可用一个激发光源同时激发多个不同尺寸的量子点,使它们发出不同颜色的光进行多通道检测。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点,而发射光谱不出现交叠或者只有很小程度的重叠,使标记生物分子的荧光光谱的区分、识别都会变得更加容易。
(3)量子点的稳定性好,抗漂白能力强,荧光强度强,具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料,可以对核心进行保护和提高发光效率,从而进一步提高光稳定性。Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100~200倍,可以经受多次激发而其光学特性没有显著变化,且标记后对生物大分子的生理活性影响很小,因此为研究生物大分子之间的长期作用提供了可能。
正是由于量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景,可望成为一类新型的生化探针和传感器,因此备受关注。
2 量子点的合成
根据原料的不同分为无机合成路线和金属-有机物合成路线。两种合成方法各有利弊,但目前水相体系的合成为主[5]。
2.1 金属-有机相合成
主要采用有机金属法,是在高沸点的有机溶剂中利用前驱体热解制备量子点,前驱体在高温环境下迅速热解并结成核晶体缓慢成长为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻碍晶核成长,并稳定存在于溶剂中。其制备的量子点具有尺度范围分布窄,荧光量子产率高等优点。但其成本较高且是油溶性的,与生物相溶性差,不能直接应用到生物体系,经过水溶性基团修饰转移到水相中,量子产率降低,甚至发生完全荧光淬灭现象。因此针对上述特点,量子点有机制备的两个发展趋势:一是合成方法的改革,使用一些低成本,低污染的绿色环保型试剂代替昂贵的试剂。例如,油酸,液体石蜡的使用代替TOPO,TOP等;二是合成量子点结构的变化,从最初的单核量子点到核壳式结构量子点再到近来比较热门的混合多晶量子点,使其具有更加优异的光学性能,通过改变组成比例而不改变量子点尺寸来实现发射光谱的调节获得覆盖近红外以及整个可见区光谱,这是二元量子点无法做到的。在操作过程中,改变组成的比例往往比调节尺寸更容易控制而且精确度较高。
2.2 无机合成路线
目前常用水溶性硫基化合物,柠檬酸等做为保护剂在水相中制备量子点。硫基化合物,柠檬酸等与量子点的稳定性、功能化有关,因此选择带有适当官能团的保护剂对于控制量子点的表面电荷及其他表面特征极为重要。水相合成量子点操作简便,重复性高,成本低,表面电荷和表面性质可控,很容易引入官能团分子。量子点质量的好坏直接关系到其应用研究的开展和研究成果的优劣。
3 量子点的表面修饰
通常制备的量子点水溶性较差,不能直接与生物物质相互相互作用,从而得到探针,因此,首先对制得的量子点进行适当的表面修饰[6]。通过特定的表面修饰和表面处理以获得其对某个分析物品的识别功能,目前使用的量子点表面改性技术可归纳为表面无机修饰和表面有机修饰两大类。
量子点表面的无机修饰,单独的量子点颗粒容易收到杂质和晶格缺陷的影响,荧光量子产率很低。但当以其为核心,用另一种半导体材料包覆,形成核壳结构后,就可以将量子产率提高。并在消光系数上有很强的增加,因而有很强的荧光发射。
量子点表面的有机修饰,量子点表面配位不足容易产生带隙表面态,通过加入有机表面活性等有机配位体与量子点表面离子键合,可以提高表面原子配位的饱和程度。但是,有机配位体不能同时将表面阴阳粒子完全钝化,表面依然残留有较多的悬键,钝化效果不理想,量子产率同样不能大幅度提高。
如果选择量子效率最高的样品,经过表面修饰作用,可将量子效率提高到40%。
4 结论
量子点具有尺寸效应,表面效应,量子限域效应,宏观量子隧道效应、特殊的光学效应,使得量子点在光、电、磁、生物等领域得到广泛的研究与应用。无机相和有机相均能制备不同性质的量子点,进而通过特殊的表面修饰,提高量子点的亲水性;引入特殊的官能团扩大量子点的应用范围,其生物应用得到进一步深入,总而言之,量子点随着研究的进一步深入,在多学科领域的应用将进一步拓展。
【参考文献】
[1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].科学通报,2001,2.
[2]周瑞发,韩雅芳,陈祥宝.纳米材料技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3]何晓晓,王柯敏,谭蔚泓,等.基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法及其在细胞识别中的应用[J].科学通报,2001,46(16):1353-1356.
[4]彭英才.半导体量子点的电子结构[J].固体电子学研究与进展,1997,17(2):165-172.