“量子点”变色的原因

                        晏成和            

今年的诺贝尔化学奖授予麻省理工学院的Moungi Bawendi等三位研究人员，他们因研究量子点而获此殊荣。量子点是纳米尺度几十个原子直径的微小晶体，研究者发现：量子点体量不同，发光颜色不同；温度不同，颜色也不同。发现了不寻常！于是开展研究，量子点具有高度可调的光学（颜色）和体态特性。

实验事实：当受到外部光源的刺激，较大的硫化镉颗粒对光的反应与较小的颗粒不同，尺寸较小量子点的电子发出更蓝、更短波长的光；较大的量子点发出波长更长的黄光或红光。

拙博之前的文章：在火光中发现，温度升高物质的热发光的颜色频率升高。由此推论：核外电子速率随着温度提高而提高。这是千百年来，被大家忽略了的自然奥秘。两百年前德国的研究者已经注意到温度与光色波长的紧密联系，并且在灯丝发光的波长与温度之间建立维恩公式。可惜，早年探索者没有进一步研讨，火光来自哪里，火光的颜色、频率为何随温度变化？火光颜色与核外电子的运转的关系。

人们已经知道，光是电磁波，物质的热发光是电子跃迁所发出的电磁波辐射、火光是由绕核运转着的价电子跃迁所发出，不同（频率）颜色的光是由不同速率电子跃迁的结果。物质燃烧发出的光波频率高，实际上是电子跃迁时的速率高。电磁波的频率从微波、红外波、到可见光-赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫……由低到高。将以上几项物理现象联系起来，加以归纳，我们就可以得到下表：

从列表(第一行中间，从右到左)我们看到，高温的铁丝光色黄亮，随着温度的逐渐降低，铁丝的发光逐渐由亮黄变橙、变红、变暗、熄灭，其光波的频率也由高逐渐到低。颜色的逐渐变化与电磁波的频率的变化完全对应！物质的温度与其发光频率有着准确的正比关系，这绝不是巧合、是大自然在由此揭示热与光、热与电子的规律运动-电子运动速率之间的内在奥秘。 

化学诺奖-量子点：温度不同，微粒颜色不同，如火光频率变化如出一辙。说明温度高-核外电子速率高-物质发光频率高，电子速率在发光光色中作用明显。至于纳米级（或更小）粒子体量不同、发光颜色不同，也应该在电子速率上寻找原因。

量子点的体量不同、发光颜色不同，如何发生电子速率不同？据文献报道：布鲁斯团队是从溶液中结晶出硫化镉颗粒，尺寸较小量子点发出更蓝、更短波长的光；较大的点应发出波长更长的黄光或红光；并且量子点越小、制备越困难。量子点的小与大成分都是一样，那么就应该在量子点大与小的构成上寻找原因。

在我之前的文章中讨论了物质的构成，原子结合成结构元、然后组合成物质，在宏观尺度上价电子的运转都是和谐舒展的。现在仅十几个原子构成的量子点，表面曲率很大、相对外表面很大，结构元之间不能完整对位，为维持量子点的结构、抵御外界侵扰，每个价和电子必须加快速率，以形成强大的电磁力、价和力；于是，核外电子速率高-物质发光频率高，量子点就发出更蓝、更短波长的光。同理，较大的量子点发出波长更长的黄光或红光。

量子点尺度的改变导致了光色的变化，是科研中不可忽视的蛛丝马迹，科学就是在细微末节中发展进步，在禁锢探讨核外电子速率的时代确实是难以解读，会形成科学的一个困惑点，这也将是一个科学进步的爆发点。

2023/10/7