科學家新視野－獲諾貝爾化學獎 量子點爲何有產業化的潛力？

隨着量子點研究更精進，可預期未來在基礎科學研究到商業產品、醫療技術等領域，可獲得更多突破性的成果。圖／新華社

2023年的諾貝爾化學獎頒給了研究量子點的學者，從基礎研究到產業應用，舉凡顯示器、綠色能源、生醫領域，量子點展現獨特而廣泛的價值，無疑是當前科學研究和技術發展應該予以關注的重要領域。諾貝爾獎不僅肯定了過去的量子點研究，更期待量子點未來的高度潛力。但究竟，量子點是什麼？爲何此奈米材料近年成爲科學與產業的熱點？

量子點是極小的奈米半導體材料，尺寸通常介於1至10奈米，即數百至數千個的原子。在微觀上，它展現原子的性質，巨觀上，則具有材料的特性。最有趣的是能透過調整尺寸來改變量子點的性質，科學家可以設計或創造新的奈米材料。近年來，隨着技術的進步，量子點已正式進入我們的生活。你可能已經看過市面上的「量子點電視」，它提供了更高的色彩解析度和細緻的畫面。除顯示技術，量子點在太陽能電池、生物感測、自駕車技術、醫療影像感測等領域也有豐富的應用前景。

量子點的研究起源於1980年代，本次得諾貝爾獎的學者在1990年代發現新的製造技術，引領後續研究熱潮，臺灣在量子點研究的早期階段就開始參與，包含大學與研究單位都有相關研究。甚至在2002年時，工業技術研究院材料與化工研究所就進行量子點光源研究計劃，並有產業界公司投入研究量子顯示器應用，是國際研究先驅之一，多篇重要論文也證明臺灣學者在此領域的貢獻。目前在臺灣光電半導體公司、大學與工研院，有多個研究團隊也研究相關材料與應用技術。由於臺灣具有頂尖的半導體制造能力和研發實力，有能力成爲全球量子點研究和應用的重要據點。

除顯示與光源技術，目前研究人員正在努力將量子點應用於太陽能電池中，以提高能源轉換效率。與傳統太陽能電池相比，使用量子點的電池具有更好的光電轉換效率，且成本也更低。研究者還探討量子點用於水分解、光催化等綠色制氫技術中，這對潔淨能源的發展極爲重要。而在生醫領域，某些醫療影像技術中，量子點可以作爲螢光標記的物質，幫助醫生更準確地定位和識別異常組織，或是協助藥物輸送和定點治療。我們可以預見未來的20年中，量子點將更加普及。

但是，並非所有奈米技術都與量子點相關，例如臺積電的奈米制程是減小導線的尺寸，使電子訊號更快地傳輸，並不涉及「量子效應」所以不被歸類爲量子材料技術。雖然量子點在顯微鏡下看起來像點狀物，但它與目前的材料類型有所不同，它更像是「0維」的材料，具有獨特的「量子效應」，無法直接歸類爲一般3D材料、2D薄膜或1D奈米線。

隨着技術的進步，量子點的研究和應用將不斷擴大。我們可以預期這種奈米材料將更廣泛應用於各種領域，從基礎科學研究到商業產品，再到醫療技術，都可以期待更多突破性的成果。透過這次諾貝爾化學獎的榮譽，期待吸引更多的年輕學者加入並持續推動量子點技術的研究和應用，爲人類帶來更多的福祉和進步。