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越过“牛顿的棱镜” 纳米级光谱仪问世

时间:2019-10-19 21:51来源:网络整理 作者:管理员 点击:

越过“牛顿的棱镜” 纳米级光谱仪问世

  剑桥大学论文合作者合影 项目组供图

  纳米线光谱仪可以做成光谱芯片,与广泛使用的手机摄像系统具有良好的兼容性,继而设计成紧凑式光谱仪模块,使手机具备光谱探测能力,把强大的光谱分析技术从实验室搬到手掌上。

  ■见习记者 程唯珈

  买了青菜,担心有农药?拿出手机,打开摄像头,让微型光谱仪先帮你做个CT。此外,光谱仪还能检测出食物的新鲜程度、蛋白质含量、糖分含量等。这些看似“科幻”的操作,在不久的将来都可能变成现实。

  这一切的背后,都离不开一根由半导体纳米线组成的微型光谱仪。其大小比人类头发千分之一还细,说它是世界上最小的光谱仪也毫不为过。

  “它可被集成到手机上,只要用手机一扫就可以检测出食物的新鲜度、食品药品的成分,还可用于艺术品的鉴定。“该光谱仪的发明者之一、论文第一作者、剑桥大学石墨烯中心博士后杨宗银将一根纤细的带隙渐变的硫硒化镉纳米线放置显微镜下。在蓝光的激发下,散发着彩虹色的荧光。

  该成果日前发表于《科学》。

  牛顿的棱镜

  17世纪,牛顿发现太阳光通过棱镜的折射后可观察到彩色,这个色散实验为光谱仪的诞生播下了种子。通过对光谱的测量,人们可获知大到几百万光年外的星系活动、小到纳米尺度的分子结构,还可以用来分析物体中的化学成分。

  比如我们日常饮用的牛奶,肉眼直接观察很难区别个中差异。但是通过对牛奶进行光谱分析,牛奶里的成分便一目了然。

  “每个物质都会有相应的光谱信号,如水、乙醇、糖的吸收光谱,荧光、拉曼光谱都不一样。据此可以确定牛奶的成分、糖分高低、含水量多少以及是否含有三聚氰胺等。” 论文作者之一、上海理工大学副教授谷付星告诉《中国科学报》,借助光谱仪,人们可以快速地进行食物成分的分析。

  尽管目前光谱仪技术已经成熟,但光谱仪的微型化,遇到了门槛。

  “普通光谱仪包含色散元件,这是个很核心的器件。”谷付星介绍,科研人员一般用棱镜或者光栅对入射光进行分光色散,然后在后方放置一个光探测器阵列用于测量不同谱线的强度信息。但是,由于使用了棱镜光栅等分光元件,导致光谱仪体积庞大。而减小分光和探测元件的尺寸又将导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度及动态检测范围显著下降。

(责任编辑:admin)
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