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清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)膠體量子點納米材料制作微型光譜儀的新方法


來源:清華新聞網(wǎng)

[導(dǎo)讀]  光譜儀是一種能夠分辨不同顏色(波長)光波強度的分析儀器,,已被非常廣泛地應(yīng)用在諸如天文,、生物,、化學(xué),、醫(yī)學(xué),、環(huán)境學(xué)等多領(lǐng)域,。清華大學(xué)電子工程系博士生導(dǎo)師鮑捷發(fā)表論文,,發(fā)現(xiàn)了一種基于膠體量子點納米材料制作微型光譜儀的新方法,。并稱,,使用量子點可以在減小光譜儀體積的同時不影響它的分辨率,、使用范圍和效率。

中國粉體網(wǎng)訊  7月2日,,清華大學(xué)電子工程系博士生導(dǎo)師鮑捷在《自然》雜志發(fā)表論文《基于膠體量子點納米材料的光譜儀》(A Colloidal Quantum Dot Spectrometer),,報道了一種基于膠體量子點納米材料制作微型光譜儀的新方法。該文章被同期《自然》雜志專題評論,。鮑捷是論文的第一作者和通訊作者,,麻省理工學(xué)院化學(xué)系莫吉·巴旺迪(Moungi Bawendi)是論文的第二作者。

光譜儀是一種能夠分辨不同顏色(波長)光波強度的分析儀器,,已被非常廣泛地應(yīng)用在諸如天文,、生物,、化學(xué)、醫(yī)學(xué),、環(huán)境學(xué)等多領(lǐng)域,。這類設(shè)備通常體積過大以致于難以移動�,?茖W(xué)家長期致力于讓光譜儀小型化,、成本低廉且易于使用,以便增加它們的使用范圍,。但一直以來,,相關(guān)努力都不是很成功。


不同光譜儀工作原理比較圖,。(最上面是目前最廣泛采用的光柵光譜儀的原理,;最下面是量子點光譜儀的原理;中間為現(xiàn)有多數(shù)其他光譜儀技術(shù)原理,。)




膠體量子點被打印到攝像傳感器表面示意圖



鮑捷及莫吉·巴旺迪提出,,現(xiàn)有微型光譜儀的設(shè)計局限可以用膠體量子點克服,量子點是高度可調(diào)控的,、微型的并且對光敏感的半導(dǎo)體晶體,,使用量子點可以在減小光譜儀體積的同時不影響它的分辨率、使用范圍和效率,。

文章中,,他們展示了用195種膠體量子點納米材料和一個普通數(shù)碼相機所用的成像感光元件構(gòu)成的一個微型光譜儀。其每一個量子點都對特定光譜范圍敏感,,可以過濾各種波長的光并檢測到非常小的光譜移位,。這是國際上首次將膠體量子點納米材料用于制作微型光譜儀的報道。

作為一種光譜儀微型化方法的新突破,,這種方法為制作高性能,、低造價、體積小于智能手機攝像頭的微型光譜儀鋪平了道路,。其未來應(yīng)用包括太空探索,、個性化醫(yī)療、微流控芯片實驗室診斷平臺等,。

同期《自然》雜志發(fā)表專題編輯部評論,,評論認(rèn)為,“光譜儀已成為不可或缺的分析儀器,。但是光譜儀通常又是昂貴而復(fù)雜的儀器,,更高性能的光譜儀還會比較龐大,使其很難實地進行現(xiàn)場分析測量,�,!茖W(xué)家們描述了一個小巧且功能強大的光譜儀,并且可能以低廉的造價進入消費者電子產(chǎn)品,,比如用于無損的紅酒品質(zhì)鑒定等,,推進了光譜儀的進一步發(fā)展�,!�

同期《自然》雜志還刊登了美國西北太平洋國家實驗室科學(xué)家的專題評論文章,,文章說“這種優(yōu)雅的將納米技術(shù)與數(shù)碼相機影像傳感器集成的方法克服了多種現(xiàn)有技術(shù)所面臨的困難”,“將來,,我們可能會看到微小的,、高分辨率的量子點光譜儀在太空任務(wù)或家居智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)中被應(yīng)用”。

鮑捷于2006年獲得清華大學(xué)化學(xué)系學(xué)士學(xué)位,,2010年于布朗大學(xué)獲得博士學(xué)位,,2010-2013年在麻省理工學(xué)院從事博士后研究,其間于2012年提出量子點光譜儀的新方法,,完成了初期實驗及分析,。2013年加入清華大學(xué)電子工程系任博士生導(dǎo)師,入選國家青年****,,在學(xué)校和電子系的大力支持下建立了量子光譜集成器件實驗室,,深入分析并發(fā)展了該項技術(shù),完成了此項研究工作,。

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