碳量子点是一种很小的碳材料。它们非常小。小到看不到。这些小点会发光。光照它们它们就亮。蓝光照射发出绿光。紫外光照射发出蓝光。光的颜色可以变。改变大小就改变颜色。点越小光越蓝。点越大光越红。这个现象很有意思。

人们研究碳量子点很久了。碳量子点零四年被发现。科学家做电泳分离碳纳米管。意外发现这些发光的点。它们很小很亮。科学家开始研究它们。碳量子点有很多优点。它们没有毒。对生物很安全。它们化学性质稳定。不容易发生变化。它们容易制作。原料很便宜。生活中很多东西都能做。报纸能做。甘蔗渣能做。废弃的食物也能做。这很环保。

碳量子点的制作方法很多。主要分两种。一种从上往下。一种从下往上。从上往下是把大块碳弄碎。用激光烧蚀。用电化学刻蚀。用化学氧化。大块碳变成小点。从下往上是用小分子合成。小分子燃烧。小分子水热反应。小分子微波处理。小分子长成碳点。水热法很常用。糖和水放高压釜加热。糖碳化形成碳点。方法简单效果好。

碳量子点的结构很重要。它们有碳的核心。核心是碳原子组成。碳原子排列不同。有的像石墨。有的像金刚石。核心外面有官能团。官能团是羧基羟基氨基。这些基团影响性质。基团亲水碳点就溶水。基团疏水碳点就溶油。改变基团改变溶解性。

碳量子点会发光。发光机制很多科学家研究。可能原因是碳核的量子限域效应。能带间隙随尺寸变化。尺寸小能隙大发光蓝。尺寸大能隙小发光红。表面态也影响发光。表面官能团改变能隙。表面氧化程度改变颜色。分子态发光也存在。碳点表面有荧光分子。这些分子自己发光。缺陷态发光也有。碳核有空位有缺陷。缺陷捕获激子发光。发光机制复杂多种原因。

碳量子点应用很多。它们可以做传感器。金属离子可以检测。汞离子有毒。碳点遇到汞离子荧光熄灭。荧光强度变化知道汞离子多少。pH值可以检测。碳点荧光随pH变。酸性发一种光碱性发另一种光。温度可以检测。温度高荧光弱温度低荧光强。生物分子可以检测。葡萄糖可以检测。癌症标志物可以检测。传感器又快又准。

碳量子点可以做发光器件。它们代替量子点发光二极管。量子点有毒而且贵。碳点无毒便宜。它们发光颜色纯。蓝光器件绿光器件红光器件都可以做。白光器件也能做。混合不同颜色碳点得到白光。发光器件很薄很柔。可以弯曲不坏。未来可以做柔性屏幕。

碳量子点可以做生物成像。它们进到细胞里面。细胞自己会发光。不需要染色就看到细胞。它们没有毒细胞不会死。它们发光强看得清楚。癌细胞可以标记。碳点进到老鼠身体。照亮肿瘤位置。医生容易切除肿瘤。药物输送也可以做。碳点带着药物进细胞。药物到位置释放。治病效果好副作用小。

碳量子点可以做光催化。它们吸收光产生电子空穴。电子空穴参与化学反应。水分解制氢气。氢气是清洁能源。二氧化碳还原成燃料。甲醇乙醇有用的东西。有机污染物降解。染料农药分解成无害物质。碳点帮助反应速度快。

碳量子点研究还有很多问题。发光效率不够高。比镉系量子点差。发光机制不完全清楚。控制颜色不精确。制备重复性不好。这批和那批性质不同。大规模生产困难。实验室克级工厂吨级。需要更便宜的方法。生物应用需要更安全。长期毒性不清楚。需要更多实验验证。

未来研究要提高发光效率。表面钝化减少缺陷。杂原子掺杂改变电子结构。氮掺杂硫掺杂硼掺杂。复合其他材料。半导体聚合物石墨烯。能量转移提高发光。控制尺寸和表面化学。精确合成单分散碳点。官能团精确修饰。发光颜色精确调控。开发新的应用。能源领域电池电容器。光热治疗癌症。信息加密防伪。环境治理污水净化。

碳量子点材料很有前途。它们来自生活废物。变废为宝保护环境。它们性质优异应用广泛。传感器发光器件生物成像光催化。它们不断进步。科学家努力研究。解决问题改进性能。未来会更亮更彩更有用。