Page 23 - 海洋科技博物館 前沿專輯成果專刊

奈米量子現象-石墨烯量子點的螢光
重點:石墨烯量子點、物質的組成、量子現象、零維奈米材料、螢光、雷射激發。
功能:不同奈米尺寸的石墨烯量子點材料可直接溶於水中，且均勻的分散，因此石墨烯量子點可展現其 量子化螢光效應，藉由一般的 405nm 雷射筆激發，可直接觀察不同尺寸石墨烯量子點所發出不同波長的螢光， 藉以瞭解前瞻零維奈米材料、螢光特性、光電轉換、量子現象，深耕一般大眾基本科技素養，培育未來奈米 材料檢測技術人才。
特色:石墨烯量子點不像半導體金屬奈米顆粒、稀土元素和有機螢光材 料，大多數螢光材料皆由鉛、鎘或汞等重金屬組成，不適用於生物系統。石墨 烯量子點具有含氧官能基，具生物相容性且易溶於水，同一種材料，但只要尺 寸不同，發出的螢光波長也不同。
電子能帶彈珠台
以動畫方式說明光子與電子能量的轉換，並以 彈珠台的模擬形式展現，讓學習者更容易理解光電 轉換的基本原理。
雙光子影像與加工
利用投影片介紹大眾了解雙光子吸收效應與此 技術在生醫影像檢測與三維微加工製作上的應用。
短脈衝雷射–波的疊加
光子 電子
光學檢測
電子能帶彈珠台
小尺寸GODs 大尺寸 LUMO
、
穿透 HOMO
波形(fc = 100 Hz, Δ f = 2 Hz)
波形 (時間放大)
吸收 放出螢光
不吸收
、
( (GODs)
單光子激發
λexc = 400 nm
Signal α I
雙光子激發
λexc = 800 nm
Signal α I2
尺寸約
10nm
氧化 之
:
零維
與氮摻
做為 第八主題「量子現象」
同一種材料，但只要尺寸不
)
受紫光激發後
奈米材料:一個維度
GQDs
”
”
多含氧官能基 雜，易溶於水 含碳元素的物質
石墨烯量子點
電子能帶彈珠台
小尺寸GODs 大尺寸 LUMO
HOMO
電子可以經由吸收或發射特
(
石墨烯量子點 與前瞻光學檢測
不同尺寸之量子點 加入水形成水溶液
石墨烯基面上接上許
定能量 階躍遷到另一個能階
石墨烯量子點 結構與其粉末
所發出
之螢光
100nm
奈米材料， 以下
高中「物理、化學」課綱重點
將微米尺度之氧化石墨烯 經化學裁切法分割成奈米 大小
化合物
官能基
有機 、苯
頻率
之光子由一個能
<
)
1. 疊加的波數目增加，脈衝的寬度會變得越短。 2. 波的能量被集中在特定的時間內。
3. 脈衝重覆率為波的頻率差異。
Adaptive Photonics Lab, NCTU
多光子激發螢光
，
-
醇、醚
(
)
:
烷、烯
)
同，發出的光波長也不同
!
與
前瞻
能量 高低
能量 高低
Graphene Quantum Dots
(
小尺寸
大尺寸
最新科技進展
延伸閱讀資料
1. 單光子激發下，路徑上的螢光分子都被激發螢光。
2. 雙光子激發只有在焦點處，因此可以提供三維的影像能力。
Adaptive Photonics Lab, NCTU
奈米科技創新教育資源之研發與推廣中心 21