利用UbiQD收集阳光
2026年10月7日
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无处不在的量子点，共创更清洁、更富足的世界。
作者：吉纳维芙·迈克尔斯
插图：若昂·马库斯·费利克斯
“最初，石油就是光子，”亨特·麦克丹尼尔说。数百万年前，史前生物利用阳光生长，随后被埋藏并经受高压作用，最终形成了我们今天开采的石油。
“所有形式的能源本质上都是太阳能，只是效率较低罢了，”他接着说，“小时候，当我意识到这一点时，兴奋极了。我父亲在石油和天然气行业工作，所以我亲眼目睹了那份工作有多辛苦、多脏。我记得当时心想：既然能直接将阳光转化为能源，那还何必使用其他任何能源呢？”
这种好奇心至今仍推动着UbiQD的发展——该公司由麦克丹尼尔于2014年创立。UbiQD的许多产品都能收集阳光，并对其进行调节，以更好地支持地球上的生命（也许有一天，还能支持太空中的生命）。
UbiQD的量子点专为广泛应用而设计：不含镉，因此比其他解决方案更安全、更经济。它们非常适合农业和清洁能源等领域，在这些领域中，量子点既被应用于大面积表面，也用于人类接触的物品上。
为广泛应用而合成
麦克丹尼尔是从电气工程领域进入量子点研究领域的，随后转向了材料科学。他在洛斯阿拉莫斯国家实验室进行博士后研究期间，开始研发量子点，并制作原型来探索它们与阳光的相互作用；当时，他师从被誉为“量子点光谱学教父”的维克多·克利莫夫。
UbiQD的量子点是一种由铜、铟和硫组成的三元半导体。铜和铟取代了有害的镉元素。“在元素周期表上，铜和铟位于镉的两侧，因此这种替代方案很有道理，”麦克丹尼尔说。“这是一种更特殊的半导体，因为这三种元素为缺陷的形成创造了更多途径。”
当他结束学术生涯时，他看到了将自己研发的技术从实验室推向市场的机会。“我意识到，如果我不这么做，就没人会做了，”他说，“我对这项技术比任何人都了解，而且拥有创办这家公司的独特优势。这感觉像是一种道德义务；为了自己和他人，我必须尝试一下。”
阳光，发生红移
UbiQD的旗舰产品UbiGro是一款专为温室设计的发光薄膜，可将农业产量提高多达40%。它利用量子点将阳光的光谱向光合作用效率峰值方向红移。其效果与电生长灯类似，但完全不使用任何人工光源。
UbiGro 既可以以悬挂在植物上方的薄片形式安装，也可以作为温室顶棚使用柔性塑料。甚至还有专为家庭园艺爱好者设计的较小号“发光灯笼”款式。“园艺爱好者们会给我们发照片，显示在灯光周围，他们的植物长得更高大、更茂盛，”麦克丹尼尔说。
美国宇航局（NASA）对这项技术如何在最极端的环境中——即外太空——支持农业发展很感兴趣。2018年，他们与UbiQD公司合作，探索将UbiGro应用于长期太空任务中的食物生产，甚至可能用于月球或火星殖民地。“太空中的紫外线辐射强度远高于地球，而我们的量子点非常擅长将其转化为光合作用有效光，”麦克丹尼尔说。
“美国宇航局（NASA）基本上是说，等他们在月球上建起第一座温室时再联系我们。到目前为止，还没建起来，但估计很快就会有了。”
在月球上，长达两周的寒冷夜晚意味着温室必须被埋入地下。UbiGro 与美国宇航局（NASA）合作，共同研发了一种地下温室解决方案：利用光纤将地表的阳光传送到地下，然后在地下对光线进行优化，以种植食物。
量子点为人类提供动力
尽管存在建立太空殖民地的潜力，但麦克丹尼尔更期待这项技术能造福地球上的生命。农业确实无处不在：据估计，地球上的温室总面积达540亿平方英尺。
“如果你的温室每年能增产，这意义重大，因为种植者的经营通常处于盈亏平衡点附近，”麦克丹尼尔说。“粮食和能源是一个影响深远的领域：既要养活人们，又要为人类提供能源。”
该光纤解决方案还可用于在茂密的树冠下进行种植，将经过生长优化处理的光线从树冠上方引入下方。“美国宇航局（NASA）一直在寻找具有民用应用前景的产品，”亨特说，“他们不愿资助那些仅对太空有用、却对地球无益的技术。”
通往太阳能未来的窗口
在未来的展望中，UbiQD正在探索如何利用量子点优化太阳能电池板对阳光的利用效率。就像植物一样，太阳能电池板对特定波长的光能转化效率更高，因此可以针对其需求开发一种类似于UbiGro的薄膜。量子点还可以用作光波导，吸收并重新引导光子。
UbiQD 将这两项技术融合到了“太阳能窗户”中：这种玻璃窗能将阳光引导至窗框边缘，在那里由微型太阳能电池将其转化为电能。2016年至2021年间，该公司获得了美国国家科学基金会的多笔拨款，用于开发该概念并制作原型。
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2023年，SpaceX将太阳能窗的样品送入太空，以测试它们在轨道上的表现。“我们是首批进入太空的量子点，”麦克丹尼尔说，“这可能是低地球轨道上规模最大的太阳能示范项目。这些样品确实是搭乘火箭升空的。”
并非UbiQD的所有发明都利用阳光。该公司还生产防伪油墨和颜料，应用于护照和货币等领域。这也是一个无处不在的应用领域：这些微点不仅价格必须足够低廉，以便印制在数百万件物品上，还必须足够安全，确保消费者在使用时无虞。
“我一直更倾向于那些更简单、技术门槛较低的应用场景。我们的初衷是成为一家能够降低成本、并实现量子点大规模应用的公司。”
“我和公司里的许多同事，都是出于想要产生积极影响的愿望而受到激励，”麦克丹尼尔说。该公司一直将业务运营留在美国，目前正在其总部所在地新墨西哥州建设一座工厂。该工厂建在部落土地上，使该州的原住民部落从中受益。
“地球上的能源远超我们的需求。如果我们能明智地利用这些能源，就能更有效地利用它们，不仅能生存下去，还能蓬勃发展。这就是为什么我们如此热衷于利用量子点来优化太阳能的采集方式。”
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