本方法以丙三醇作为溶剂及碳源快速制备大量粒径小于 10 nm 的碳量子点。这种碳量子点的荧光量子产率能够达到 30 %左右。制 备好的碳量子点,不需要任何提纯即可与成膜性较好的高聚物混合得 到荧光碳量子点薄膜。而且这种碳量子点毒性低，水溶性好，荧光量 子产率高，在细胞及活体成像方面表现出显著优势。总之，该制备方 法简单易行，材料来源广泛且廉价，产率大。所得的荧光碳量子点具 有荧光量子产率高、易成膜、低细胞毒性且耐光漂白等性质，已经作 为生物成像剂用于细胞的荧光共聚焦成像

以丙三醇作为溶剂及碳源快速制备大量粒径小于 10 nm 的 碳量子点。这种碳量子点的荧光量子产率能够达到 30 %左右。制备 好的碳量子点,不需要任何提纯即可与成膜性较好的高聚物混合得到 荧光碳量子点薄膜。

本成果成功制备了一种高量子效率的碳点。该碳点在钝化后具有尺寸均一、分散性良好、发光强度高等特点。值得说明的是该碳点量子效率高达83%，超越了该研究领域全球的最高值，位居首位。将碳点成功应用在了LED器件上，LED呈现明亮的白色光，且色度坐标（0.3308,0.3312）非常接近于纯白光（0.33,0.33），是一个高色纯度的LED白色荧光粉。

本专利发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种非碳电极、原料丰富、成本低、快速高效、自下而上的固态碳量子点的制备方法。碳量子点是一种新型碳纳米材料，具有原料丰富、性质稳定、毒性小、生物相容性好等诸多优势，在细胞成像、光电学、生化传感器等领域具有巨大的应用潜力。目前，已经有很多关于碳量子点方法制备的报道，主要分为自上而下和自下而上两大类，其中前者主要通过剥离技术从大尺寸的碳原材料剥落下碳纳米颗粒，包括激光剥离法、电弧放电法、电化学氧化法等，这一类方法操作简单、原料丰富，可大批量生产碳量子点，但一般需要较复杂的碳量子点分离纯化处理步骤；后者一般以有机分子（如：葡萄糖）为原材料，通过碳化的方式将这些分子转化为碳量子点，包括水热法、微波法等，这类方法合成的碳量子点形貌和尺寸容易控制、表面易修饰，但是一般需要选取合适的特定原料分子。而且，所有上述方法制备出的碳量子点一般为分散溶液的形式，与固态形式相比，溶液形式的碳量子点的储存和运输都不方便，为了得到固态碳量子点，一般需要冷冻干燥方式进行处理碳量子点溶液，这种处理方式耗时长，且需要专门的仪器设备。因此，探索一种兼具自上而下和自下而上两种方法优点、简单、高效地制备固体碳量子点的方法是非常有必要的。

量子材料与量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。量子相变与传统的热力学相变不同，是在绝对零度下调节非热力学参量而发生的相变，相变点附近量子涨落而非热涨落起了重要作用。作为量子相变的经典范例，二维超导-绝缘体相变以及超导-金属相变研究获得了2015年美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。在量子相变过程中，除超导基态和绝缘基态外，量子金属态是否存在于二维超导体系一直是理论与实验上争论的焦点（Rev. Mod. Phys.91, 11002 (2019)）。根据安德森标度理论，由于量子干涉效应以及相位相干长度在零温下发散的特性，载流子在趋于绝对零度时会表现出局域化效应，因此理论上不存在二维量子金属基态。尽管实验上在各种二维电子体系发现了量子金属态的可能迹象，但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响（Science Advances 5, 3826 (2019)），二维量子金属态的存在与否仍存在着巨大争议，是近三十年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。 最近，北京大学物理学院量子材料中心王健教授、博雅博士后刘易与合作者在高温超导纳米多孔薄膜中首次完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间，研究团队在高温超导钇钡铜氧（YBCO）多孔薄膜中实现了超导-量子金属-绝缘体相变。量子金属态存在的直接证据是体系的电阻随着温度降低表现出饱和特性，在高温超导体YBCO薄膜中，该电阻饱和温度高达5K，这一温度相比于传统超导体系提高了1-2个数量级，大大提升了量子金属态的稳定性和实验结果的可信度。通过高频滤波器极低温对照实验表明，是否添加滤波器对体系的电阻在低温下的饱和规律没有明显的作用，有效地排除了外界高频噪声对实验的影响，为量子金属态的存在提供了可靠的实验证据。实验还揭示了量子金属态的霍尔电阻为零欧姆，意味着量子金属态具有与超导体类似的粒子空穴对称性（particle-hole symmetry）。 此外，实验表明量子金属态在低温下满足欧姆定律且具有巨磁阻效应，这些发现也与理论上对量子金属态的预期吻合。 研究团队通过系统的极低温电输运测试发现，超导，金属与绝缘这三个量子基态都有与库珀电子对相关的h/2e周期的超导量子磁通振荡，这表明量子金属态与传统金属不同，是玻色金属态，揭示了库珀对玻色子对量子金属态的形成起到了主导作用。（注：传统金属中导电是电子，也即费米子）实验发现，对于超导态的样品，量子振荡振幅随温度的降低迅速增加而发散; 对于绝缘态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下衰减; 而对于量子金属态的样品，振幅随温度的降低先迅速增加然后在低温下饱和。进一步分析揭示出振荡振幅饱和对应于相位相干长度饱和，是量子金属形成的一种可能机制。有意思的是通过调控正常态电阻仅两个数量级，量子振荡振幅从超导态样品到最绝缘的样品变化了九个数量级，这意味着多孔高温超导体系具备很好的相位相干调控性。 该工作于2019年11月14日在线发表于学术期刊《Science》上。（DOI: 10.1126/science.aax5798；https://science.sciencemag.org/content/early/2019/11/13/science.aax5798）。北京大学王健教授、布朗大学James M. Valles Jr 教授、电子科技大学熊杰教授是本文的共同通讯作者，电子科技大学博士生杨超和北京大学博士后刘易为文章共同第一作者，北京大学为第一通讯作者单位。这一工作的主要合作者还包括布朗大学Jimmy Xu教授，北京大学林熙研究员，北京师范大学刘海文研究员，清华大学姚宏教授，电子科技大学李言荣院士等。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、低维物理国家重点实验室开放基金、北京市自然科学基金、北京市交叉科学与技术基金、博士后科学基金等支持。 二维高温超导体系中量子玻色金属态的证实是王健研究组与合作者继量子格里菲斯奇异性发现以来（Science 350, 509 (2015)); Nature Communications 10, 3633 (2019)），在二维超导量子相变领域的又一重要突破。该工作为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据，并为研究量子金属态提供了新思路。该工作也得到了美国科学院院士斯坦福大学Steven A. Kivelson教授的高度评价，评论文章发表在Journal Club for Condensed Matter Physics（凝聚态物理期刊俱乐部）上。Kivelson教授指出：“这一工作对量子材料的理解具有基础性的重要意义”。图一， 钇钡铜氧（YBCO）纳米多孔薄膜中的超导-量子金属-绝缘体量子相变。(A)用多孔氧化铝（AAO）模板蚀刻法制备YBCO纳米多孔薄膜的工艺示意图。(B) YBCO纳米多孔薄膜扫描电镜（SEM）图像。(C) YBCO纳米多孔薄膜的几何结构示意图。(D)不同刻蚀时间下YBCO纳米多孔薄膜的电阻对温度的依赖关系。超导态(SC)、反常金属态(AM1)、过渡态(TS)和绝缘态(INS)四种典型薄膜的电阻温度曲线用黑色表示。图二,量子金属态证据。(A)量子金属态薄膜和超导薄膜的输运曲线。其中低温下电阻的饱和行为为量子金属态的特征。(B) 量子金属态薄膜极低温输运曲线。是否采用高频滤波器并不改变量子金属态饱和电阻的特征。插图: 量子金属态薄膜的I-V曲线，符合欧姆定律，亦为量子金属态的证据。(C)典型量子金属态薄膜的霍尔电阻和纵向电阻随温度的变化图。霍尔电阻(Rxy)在低温下趋于零，而纵向电阻不为零，表现出量子金属态的特征。插图: 量子金属态薄膜不同温度下的霍尔电阻(Rxy)。(D) 量子金属态薄膜的巨磁阻效应，与理论上对量子金属态的预期相符。图三，库柏对在量子相变过程中的相干性衍变 (A)超导态、(B) 量子金属态、(C)绝缘态的磁导振荡图。 (D) 不同温度下，所有YBCO薄膜的磁导振荡的振幅。对于量子金属态薄膜，磁导振荡的振幅随温度的降低在5 K左右而饱和。而超导态薄膜磁导振荡的振幅在低温下发散，绝缘态薄膜磁导振荡的振幅随着温度降低先增加后减小。(E) 通过相位相干的近似模型，计算得到量子金属态的相位相干长度在低温下饱和。揭示了量子金属形成的一种可能机制。

项目成果/简介: 荧光二氧化硅微球（CDs@mSiO2）负载抗体等生物大分子针对病毒、细菌和疾病体外检测试剂盒。 技术指标（创新要点等）： 1、使用性能优越的碳量子点取代稳定性差、荧光量子产率低的有机荧光染料和毒性大的无机半导体量子点； 2、通过调节碳量子点的合成原料，使得碳量子点偶联锚定在二氧化硅微球上，且不会引起碳点的荧光猝灭从而有利于连接抗体或生物大分子等，产品具有快速、灵敏度和特异性高等优势。应用范围: 应用领域及预期经济社会效益等： CDs@mSiO2具有经济性、功能性和环境协调性等基本特性，CDs@mSiO2生产效率高、成本低、性能好等优点，可用于病毒、细菌和疾病体外检测。效益分析: 应用领域及预期经济社会效益等： CDs@mSiO2具有经济性、功能性和环境协调性等基本特性，CDs@mSiO2生产效率高、成本低、性能好等优点，可用于病毒、细菌和疾病体外检测。知识产权类型:发明专利知识产权编号:1、发明专利“一种两亲性碳量子点及其制备方法” CN201510213429.3； 2、发明专利“一种氮掺杂碳量子点的简易绿色合成方法” CN201410039846.6； 3、发明专利“一种高强度荧光水凝胶及其制备方法” CN201610060548.4； 4、发明专利“一种超大长径比的碳量子点聚苯胺复合纳米管及其合成方法”201610316536.3； 5、发明专利“一种新型的荧光磁性纳米管材料及其制备方法” CN201410185776.5。技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

荧光二氧化硅微球（CDs@mSiO2）负载抗体等生物大分子针对病毒、细菌和疾病体外检测试剂盒。 技术指标（创新要点等）： 1、使用性能优越的碳量子点取代稳定性差、荧光量子产率低的有机荧光染料和毒性大的无机半导体量子点； 2、通过调节碳量子点的合成原料，使得碳量子点偶联锚定在二氧化硅微球上，且不会引起碳点的荧光猝灭从而有利于连接抗体或生物大分子等，产品具有快速、灵敏度和特异性高等优势。

采用可聚合的甲基丙烯酸月桂酯为溶剂，以热注射法制备钙钛矿量子点，直接与低聚物和引发剂混合，通过紫外光聚合原位制备高质量的量子点-高分子复合薄膜。与经典的十八烯体系纯化后制备的量子点-高分子复合薄膜相比，甲基丙烯酸月桂酯体系制备的薄膜具有更优异的光学性能，绝对荧光量子产率超过90%，超过了传统镉基量子点薄膜。该课题组采用高绝对荧光量子产率的绿光发射的复合薄膜和红色发射荧光粉（KSF）作为液晶背光中蓝光发光二极管（LED）的下转换荧光材料所制备的原型显示器件，在国际照明委员会（CIE）1931颜色空间中的色域覆盖率为115%，超过传统的镉基量子点显示器件10%以上，同时还具有优异的低蓝光健康护眼的特性。此外，该显示器件具有很好的耐高温高湿和耐强光老化性能。这些为发光量子点材料在新一代广色域显示器件中的应用奠定了基础。

本发明为一种常温条件下大批量制备疏水性碳量子点的方法，公开了一种可在室温、常压条件下，大规模制备疏水性碳量子点的方法。此方法以烷基吡啶盐为碳源和保护剂，在其溶液中加入强碱，常温常压条件下静置，即可生成具有绿色荧光的疏水性碳量子点。整个制备过程在室温及常压条件下完成，操作简单，成本低，且具有较高的产率，可用于大规模合成疏水性碳量子点。制备的碳量子点具有低毒、较强的荧光和较高的光稳定性，因此在制备荧光油漆、荧光涂料及荧光纤维生产等领域具有广泛的应用前景。

量子隐形传态是建立远距离量子网络的关键技术之一。相比二维系统，高维量子网络具有更高的信道容量、更高的安全性等优点，受到人们的广泛关注。如何实现高效的高维量子隐形传态，从而实现高效的高维量子网络是当前量子信息领域的研究热点之一。 为了实现高维量子通信，李传锋、柳必恒等人从2016年开始采用光子的路径自由度编码，解决了路径比特的相干性问题[PRL 117, 220402 (2016)]，制备出了高保真度的三维纠缠态[PRL 117, 170403(2016)]；解决路径维度扩展问题，实现了32维量子纠缠态[PRL 125, 080503 (2020)]；解决路径自由度的传输问题，实现了高维量子纠缠态在11公里光纤中的有效传输[Optica 7, 738 (2020)]等。研究组从2017年起开始了高维量子隐形传态的实验研究。然而理论研究表明，在线性光学体系中，必须采用辅助粒子才能实现高维量子隐形传态。 为了实现高维量子隐形传态，研究组首先巧妙的提出了纠缠辅助的方式，利用log2d-1个辅助纠缠光子对就可以高效的实现d维的量子隐形传态，从而解决了资源消耗问题。然后实验上利用主动反馈技术实现路径间的相位锁定，干涉可见度在45小时内保持在0.98的水平，从而利用六光子系统实现了三维的量子隐形传态。研究组对三维量子隐形传态过程做了过程层析，保真度达到0.596，以7个标准差超过了经典极限值1/3，证实了三维量子隐形传态过程的量子特性。高效的高维量子隐形传态的实现为构建高效的高维量子网络打下坚实的基础。