چگونه شاهکار مهندسی سامسونگ به عنوان کاتالیزور پیشرفت علمی و صنعت تبدیل شد [Interview on Real Quantum Dots Part 2.]

“فناوری QLED سامسونگ نقش مهمی در آوردن نقاط کوانتومی به سطح شناخت مورد نیاز برای جایزه نوبل شیمی داشت.”

– Taeghwan Hyeon ، دانشگاه ملی سئول

نقاط کوانتومی طی یک دهه گذشته در خط مقدم نوآوری نمایش قرار گرفته اند و برخی از دقیق ترین تولید مثل رنگ را در بین مواد موجود ارائه می دهند. در سال 2015 ، سامسونگ الکترونیک با راه اندازی تلویزیون های Suhd ، راه را برای تجاری سازی نقاط کوانتومی هموار کرد-دستیابی به موفقیت که فراتر از استفاده از کادمیوم (CD) بود ، یک فلز سنگین که به طور سنتی در سنتز نقطه کوانتومی مورد استفاده قرار می گیرد ، با معرفی اولین فناوری DOT Quantum No-Cadmium در جهان.

دنیای دانشگاهی توجه کرد. تجاری سازی موفقیت آمیز تلویزیون های کوانتومی بدون کادمیوم نه تنها جهت جدیدی را برای تحقیق و توسعه ایجاد می کند بلکه نقش مهمی در اعطای جایزه نوبل 2023 در شیمی برای کشف و سنتز نقاط کوانتومی نیز ایفا می کند.

پس از قسمت 1 ، اتاق خبر سامسونگ از چگونگی کمک سامسونگ از طریق پیشرفت های پیشگامانه در نوآوری مواد ، در آکادمی ها نقش داشته است.

چرا کادمیوم نقطه شروع تحقیقات کوانتومی بود

“من واقعاً تحت تأثیر قرار گرفتم که سامسونگ موفق به تجاری سازی یک محصول صفحه نمایش کوانتومی بدون کادمیوم شد.”

– Taeghwan Hyeon ، دانشگاه ملی سئول

نقاط کوانتومی در دهه 1980 هنگامی که الکسی یکیموف ، دانشمند ارشد پیشین شرکت فناوری نانوکریستالس شرکت ، و لوئیس ای. بروس ، استاد برجسته در گروه شیمی در دانشگاه کلمبیا ، هر کدام تحقیقات خود را در مورد اثر کانتومی و خصوصیات نوری وابسته به اندازه نقاط کوانتومی منتشر کردند ، علاقه علمی را به خود جلب کرد.

حرکت در سال 1993 هنگامی که Moungi Bawendi ، استاد گروه شیمی در انستیتوی فناوری ماساچوست (MIT) شتاب گرفت ، شتاب گرفت ، یک روش قابل اعتماد برای سنتز نقاط کوانتومی ایجاد کرد. در سال 2001 ، Taeghwan Hyeon ، استاد برجسته در گروه مهندسی شیمیایی و بیولوژیکی در دانشگاه ملی سئول (SNU) ، “فرآیند گرما” را اختراع کرد-تکنیکی برای تولید نانوذرات یکنواخت بدون نیاز به جدایی انتخابی. در سال 2004 ، هیون یک روش تولید مقیاس پذیر در مجله دانشگاهی Nature Material منتشر کرد – کشف که به طور گسترده به عنوان یک تغییر دهنده بازی بالقوه در صنعت در نظر گرفته می شود.

با این حال ، این تلاش ها بلافاصله منجر به تجاری سازی نشد. در آن زمان ، نقاط کوانتومی به عنوان یک ماده اصلی به کادمیوم (CD) متکی بودند – ماده ای که برای انسان مضر است و به عنوان یک ماده محدود تحت محدودیت اتحادیه اروپا در دستورالعمل مواد خطرناک (ROHS) تعیین می شود.

هیئون توضیح داد: “در حال حاضر ، تنها مواد قادر به تولید قابل اعتماد به نقاط کوانتومی ، کادمیوم سلنید (CDSE) و ایندیم فسفید (INP) است.” “کادمیوم سلنید ، ماده کوانتومی معمولی ، ترکیبی از عناصر گروه II و گروه VI است ، در حالی که فسفید ایندیوم از عناصر گروه III و گروه V تشکیل شده است. سنتز کردن نقاط کوانتومی از گروه II و VI نسبتاً ساده است ، اما ترکیب عناصر گروه III و V از نظر شیمیایی پیچیده تر است.”

کادمیوم ، یک عنصر با دو الکترون Valence ، پیوندهای یونی قوی را تشکیل می دهد¹ با عناصری مانند سلنیوم (SE) ، گوگرد (ها) و تلوریم (TE) – هر یک از آنها شش الکترون Valence دارند. این ترکیبات منجر به نیمه هادی های پایدار ، معروف به نیمه هادی های II-VI ، موادی که مدت هاست در تحقیقات به دلیل توانایی آنها در تولید نانوکریستال های با کیفیت بالا حتی در دماهای نسبتاً پایین مورد حمایت قرار گرفته اند. در نتیجه ، استفاده از کادمیوم در سنتز نقطه کوانتومی برای سالها یک استاندارد دانشگاهی در نظر گرفته شد.

در مقابل ، Indium (in) – جایگزینی برای کادمیوم با سه الکترون Valence – پیوندهای کووالانسی را تشکیل می دهد² با عناصری مانند فسفر (P) ، که دارای پنج الکترون Valence است. پیوندهای کووالانسی به طور کلی نسبت به پیوندهای یونی پایدار هستند و ماهیت جهت دارند و احتمال نقص در طول سنتز نانوکریستال را افزایش می دهد. این خصوصیات باعث شده است که Indium به یک ماده چالش برانگیز برای کار در هر دو تحقیق و تولید انبوه تبدیل شود.

لی خاطرنشان کرد: “دستیابی به تبلور زیاد در نقاط کوانتومی ساخته شده از ایندیم فسفید دشوار است.” “یک فرآیند پیچیده و خواستار سنتز برای رعایت استانداردهای کیفیت لازم برای تجاری سازی لازم است.”

بدون سازش – از دستیابی به موفقیت گرفته تا تولید انبوه

“در مورد امنیت مصرف کننده ، جایی برای سازش وجود ندارد.”

– Sanghyun Sohn ، Samsung Electronics

با این حال ، سامسونگ رویکرد متفاوتی اتخاذ کرد.

Sanghyun Sohn ، رئیس آزمایشگاه Advanced Display ، Visual Display (VD) در سامسونگ الکترونیک گفت: “ما از سال 2001 در حال تحقیق و توسعه فناوری کوانتومی DOT بودیم.” “اما در اوایل ، ما مشخص کردیم که کادمیوم-که برای بدن انسان مضر است-برای تجاری سازی مناسب نبود. در حالی که مقررات در برخی از کشورها از نظر فنی حداکثر 100 قطعه در هر میلیون (PPM) در محصولات الکترونیکی اجازه می دهد ، سامسونگ از ابتدا یک سیاست صفر-کادمیوم را اتخاذ کرده است. نه کادمیوم ، هیچ سازش و سازش ما وجود ندارد.

تعهد دیرینه سامسونگ به اصل خود در مورد “عدم سازش در مورد ایمنی” در سال 2014 به نتیجه رسید که این شرکت با موفقیت اولین مواد کوانتومی بدون کادمیوم جهان را توسعه داد. برای اطمینان از دوام و کیفیت تصویر ، سامسونگ یک فناوری پوشش محافظ سه لایه را معرفی کرد که نانوذرات فسفید ایندیوم را از عوامل خارجی مانند اکسیژن و نور محافظت می کند. سال بعد ، سامسونگ اولین تلویزیون تجاری SUHD در جهان را با نقاط کوانتومی بدون کادمیوم راه اندازی کرد-تغییر پارادایم در صنعت نمایش و اوج تلاشهای تحقیقاتی که در اوایل دهه 2000 آغاز شد.

سون گفت: “نقاط کوانتومی مبتنی بر ایندیم فسفید ذاتاً ناپایدار و سنتز کردن در مقایسه با همتایان مبتنی بر کادمیوم هستند و در ابتدا فقط حدود 80 ٪ از عملکرد نقاط کوانتومی مبتنی بر کادمیوم را بدست می آورند.” “با این حال ، از طریق یک فرآیند توسعه فشرده در انستیتوی فناوری پیشرفته سامسونگ (SAIT) ، ما با موفقیت عملکرد را به 100 ٪ افزایش دادیم و برای بیش از 10 سال قابلیت اطمینان را تضمین کردیم.”

نقاط کوانتومی موجود در QLES سامسونگ از سه مؤلفه اصلی تشکیل شده است – هسته ای ، که در آن نور ساطع می شود. پوسته ای که از هسته محافظت می کند و ساختار آن را تثبیت می کند. و یک لیگاند ، یک پوشش پلیمری که باعث افزایش پایداری اکسیداسیون در خارج از پوسته می شود. جوهر فناوری کوانتومی نقطه در ادغام یکپارچه این سه عنصر نهفته است ، یک فرآیند پیشرفته صنعتی که از جمع آوری مواد و سنتز تا تولید انبوه و تشکیل ثبت اختراعات بی شماری ناشی می شود.

لی افزود: “هیچ یک از سه مؤلفه – هسته ، پوسته یا لیگاند را نمی توان نادیده گرفت.” “فناوری سامسونگ برای سنتز فسفید ایندیم برجسته است.”

هیون گفت: “توسعه یک فناوری در آزمایشگاه به خودی خود یک چالش است ، اما تجاری سازی نیاز به یک سطح کاملاً متفاوت برای اطمینان از ثبات محصول و کیفیت رنگ سازگار دارد.” “من واقعاً تحت تأثیر قرار گرفتم که سامسونگ موفق به تجاری سازی یک محصول صفحه نمایش کوانتومی بدون کادمیوم شد.”

تنظیم استاندارد نقطه کوانتومی

“روندهای تحقیقاتی در جامعه دانشگاهی قبل و بعد از انتشار تلویزیون های کوانتومی سامسونگ به طرز چشمگیری تغییر یافته است.”

– دوه چانگ لی ، موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره

خصوصیات نوری نقاط کوانتومی در طیف گسترده ای از زمینه ها از جمله سلولهای خورشیدی ، دارو و محاسبات کوانتومی اعمال می شود. با این حال ، صفحه نمایش کوانتومی تا به امروز فعال ترین و گسترده ترین برنامه های تجاری است – با ظهور سامسونگ به عنوان پیشگام.

سامسونگ با تکیه بر سالها تحقیقات بنیادی و معرفی تلویزیون های SUHD خود ، تلویزیون های QLED خود را در سال 2017 راه اندازی کرد و استاندارد جدیدی را برای نمایشگرهای حق بیمه تعیین کرد. در سال 2022 ، این شرکت با اولین تلویزیون های QD-Oled-اولین نمایشگر جهان برای ترکیب نقاط کوانتومی با ساختار OLED ، نوآوری را بیشتر تحت فشار قرار داد.

QD-OLED یک فناوری نمایش نسل بعدی است که نقاط کوانتومی را در ساختار خودآزنده OLED ادغام می کند. این روش زمان پاسخ سریعتر ، سیاهان عمیق تر و نسبت های کنتراست بالاتر را امکان پذیر می کند. QD-OLED سامسونگ در سال 2023 توسط انجمن نمایش اطلاعات (SID) ، بزرگترین سازمان جهان که برای نمایش فناوری ها اختصاص داده شده بود ، به نمایش درآمد.

سون گفت: “سامسونگ نه تنها با تلویزیون های کوانتومی DOT مبتنی بر ایندیم فسفید خود را هدایت کرده است ، بلکه تنها شرکتی است که نقاط کوانتومی با موفقیت را در OLED ها با موفقیت یکپارچه و تجاری کرده است.” “با استفاده از رهبری ما در فناوری Quantum Dot ، ما همچنان به آینده نوآوری نمایش می پردازیم.”

دوه چانگ لی ، استاد گروه مهندسی شیمیایی و بیوم مولکولی در انستیتوی پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) گفت: “روند تحقیقاتی در جامعه دانشگاهی قبل و بعد از انتشار تلویزیون های کوانتومی دات سامسونگ به طرز چشمگیری تغییر یافته است.” “از زمان راه اندازی آن ، بحث ها به طور فزاینده ای به جای خود مواد ، روی برنامه های عملی متمرکز شده اند و این نشان دهنده پتانسیل اجرای دنیای واقعی از طریق فناوری های نمایش است.”

وی افزود: “تلاش های بسیاری برای اعمال نقاط کوانتومی در زمینه های مختلف از جمله فتوکاتالیز صورت گرفته است.” “اما این تلاش ها در مراحل اولیه در مقایسه با استفاده از آنها در نمایشگرها باقی مانده است.”

هیئون همچنین خاطرنشان کرد: تجاری سازی موفقیت آمیز تلویزیون های کوانتومی سامسونگ به هموار کردن راه برای Bawendi ، Brus و Yekimov برای دریافت جایزه نوبل 2023 در شیمی کمک کرد.

وی گفت: “یکی از مهمترین معیارهای جایزه نوبل ، میزان کمک یک فناوری از طریق تجاری سازی به بشریت است.” “QLED سامسونگ یکی از مهمترین دستاوردهای فناوری نانو را نشان می دهد. بدون تجاری سازی آن ، برای نقاط کوانتومی دشوار خواهد بود که به رسمیت شناخته شود.”

دید سامسونگ برای نمایش های فردا

از زمان راه اندازی تلویزیون های QLED ، سامسونگ رشد فناوری کوانتومی نقطه را در صنعت و آکادمی تسریع کرده است. وقتی در مورد آینده نمایشگرهای کوانتومی سؤال شد ، متخصصان بینش خود را در مورد آنچه در پیش رو است ، به اشتراک گذاشتند.

سون گفت: “ما به عنوان یک فناوری نسل بعدی ، ما در حال بررسی نقاط کوانتومی خودسمایی هستیم.” “تاکنون ، نقاط کوانتومی برای بیان قرمز و سبز به منبع نور خارجی اعتماد کرده اند. به جلو ، هدف ما این است که نقاط کوانتومی را ایجاد کنیم که به طور مستقل از طریق الکترولومینسانس ساطع می شوند – با تزریق انرژی الکتریکی ، هر سه رنگ اصلی را تولید می کنند. ما همچنین روی توسعه نقاط کوانتومی آبی کار می کنیم.”

لی گفت: “از آنجا که مواد الکترولومینیستی امکان کاهش اندازه اجزای دستگاه را فراهم می کند ، ما می توانیم به وضوح بالا ، کارآیی و روشنایی مورد نیاز برای برنامه های واقعیت مجازی و افزوده دست یابیم.”

سون گفت: “نمایش خوب یکی از بینندگان است که حتی به عنوان نمایشگر آن را نمی شناسد.” “هدف نهایی ارائه تجربه ای است که از واقعیت قابل تشخیص نیست. به عنوان یک رهبر در نوآوری نمایش کوانتومی ، ما با افتخار ادامه خواهیم داد تا به جلو برویم.”

سامسونگ با ادامه رهبری و دیدگاه فن آوری جسورانه خود ، آینده نمایشگرها را شکل می دهد و بازنویسی آنچه را که ممکن است با نقاط کوانتومی امکان پذیر باشد.

https://www.youtube.com/watch؟v=-x3pnfkfpra

¹ پیوند یونی یک پیوند شیمیایی است که هنگام انتقال الکترون ها بین اتم ها ایجاد می شود و یونهایی را ایجاد می کند که توسط جذب الکتریکی در کنار هم قرار می گیرند.
² پیوند کووالانسی یک پیوند شیمیایی است که در آن دو اتم الکترون به اشتراک می گذارند.