光谱仪足够小,适合您的智能手机

麻省理工学院的工程师展示了一个工作光谱仪,它从巨大的,笨重的实验室设备到便携式设备的大规模飞跃,这些设备足够小,可以放入智能手机中。光谱仪是当今研究的必要条件,应用于从物理学,生物学到化学的各个领域。为了设计光谱仪,麻省理工学院的团队利用了称为量子点的微小半导体纳米粒子。使用便携式光谱仪可能非常实用。您可以用它来远程诊断疾病,检测污染或食物中毒。

在此图中,量子点(QD)光谱仪设备正在打印QD滤光片-一个关键的制造步骤。点是通过印刷液滴制成的。图像彩61彩票网:MIT

光谱仪的基本功能是接收光,将其分解为光谱成分,并将信号数字化为波长的函数。然后由计算机读取彩61彩票网信息并显示在显示器上。雨滴将一束白色的阳光分裂成彩色光线,使蓝色的光线比红色的光线更加弯曲,从而形成天空中众所周知的弧形。因此,雨是分离阳光的绝佳方法。实际上,早期的光谱仪由将光分离成其组成波长的棱镜组成,而当前的模型使用诸如衍射光栅的光学设备来实现相同的效果。即便如此,这种设备也是巨大的。在麻省理工学院开发的光谱仪的大小约为四分之一!

研究人员有量子点来感谢这一成就。量子点是一种吸收光的纳米晶体。这些通常被称为人造原子,因为它们像真实原子一样,将电子限制在具有离散能量的量子化状态。然而,尽管真实原子是相同的,但是大多数量子点包含数百或数千个原子,其尺寸和形状不可避免地变化,因此其波函数和能量的不可避免的变化。在这种情况下,这实际上是一件好事。量子点是通过将诸如铅或镉的各种金属与包括硫,硒或砷的其他元素混合而制成的。通过控制材料之间的比例,您可以获得具有特定,独特属性的量子点。

如今,量子点在太阳能电池板或电视显示器中得到了大量研究,因为它们也发出荧光。虽然这些应用在这个阶段非常具有挑战性,但彩61彩票网量子点光吸收得到了很好的研究,因此任何使用它们的光谱仪都可以得到稳定的结果。

麻省理工学院的研究人员印刷了数百个量子点-每个吸收特定波长的光-变成薄膜并放置在光电探测器的顶部,例如手机摄像头中的电荷耦合器件(CCD)。算法识别每个点吸收的光子百分比,然后使用该信息计算原始光束的强度和波长。量子点材料越多,可以覆盖的波长越多,分辨率越高。在这种情况下,在300纳米的范围内部署了200个量子点。通过添加更多的点,工程师可以构建一个覆盖整个波长范围的小型光谱仪。

“与我们试图做的其他事情相比,使用光谱仪的量子点是一个简单的应用,我认为这非常有吸引力,“麻省理工学院LesterWolfe化学教授和该论文的资深作者MoungiBawendi说。

(责任编辑:彩61彩票网)

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