电子工程系博士生导师鲍捷在《自然》发表论文
展示基于胶体量子点纳米材料制作微型光谱仪的新方法

清华新闻网7月7日电 7月2日,清华大学电子工程系博士生导师鲍捷在《自然》杂志发表论文《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》(A Colloidal Quantum Dot Spectrometer),报道了一种基于胶体量子点纳米材料制作微型光谱仪的新方法。该文章被同期《自然》杂志专题评论。鲍捷是论文的第一作者和通讯作者,麻省理工学院化学系莫吉·巴旺迪(Moungi Bawendi)是论文的第二作者。


不同光谱仪工作原理比较图。(最上面是目前最广泛采用的光栅光谱仪的原理;最下面是量子点光谱仪的原理;中间为现有多数其他光谱仪技术原理。)

光谱仪是一种能够分辨不同颜色(波长)光波强度的分析仪器,已被非常广泛地应用在诸如天文、生物、化学、医学、环境学等多领域。这类设备通常体积过大以致于难以移动。科学家长期致力于让光谱仪小型化、成本低廉且易于使用,以便增加它们的使用范围。但一直以来,相关努力都不是很成功。

鲍捷及莫吉·巴旺迪提出,现有微型光谱仪的设计局限可以用胶体量子点克服,量子点是高度可调控的、微型的并且对光敏感的半导体晶体,使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。

文章中,他们展示了用195种胶体量子点纳米材料和一个普通数码相机所用的成像感光元件构成的一个微型光谱仪。其每一个量子点都对特定光谱范围敏感,可以过滤各种波长的光并检测到非常小的光谱移位。这是国际上首次将胶体量子点纳米材料用于制作微型光谱仪的报道。

胶体量子点被打印到摄像传感器表面示意图。

作为一种光谱仪微型化方法的新突破,这种方法为制作高性能、低造价、体积小于智能手机摄像头的微型光谱仪铺平了道路。其未来应用包括太空探索、个性化医疗、微流控芯片实验室诊断平台等。

同期《自然》杂志发表专题编辑部评论,评论认为,“光谱仪已成为不可或缺的分析仪器。但是光谱仪通常又是昂贵而复杂的仪器,更高性能的光谱仪还会比较庞大,使其很难实地进行现场分析测量。……科学家们描述了一个小巧且功能强大的光谱仪,并且可能以低廉的造价进入消费者电子产品,比如用于无损的红酒品质鉴定等,推进了光谱仪的进一步发展。”

同期《自然》杂志还刊登了美国西北太平洋国家实验室科学家的专题评论文章,文章说“这种优雅的将纳米技术与数码相机影像传感器集成的方法克服了多种现有技术所面临的困难”,“将来,我们可能会看到微小的、高分辨率的量子点光谱仪在太空任务或家居智能传感器和物联网中被应用”。

鲍捷于2006年获得清华大学化学系学士学位,2010年于布朗大学获得博士学位,2010-2013年在麻省理工学院从事博士后研究,其间于2012年提出量子点光谱仪的新方法,完成了初期实验及分析。2013年加入清华大学电子工程系任博士生导师,入选国家青年千人计划,在学校和电子系的大力支持下建立了量子光谱集成器件实验室,深入分析并发展了该项技术,完成了此项研究工作。

论文在线链接:

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7558/full/nature14576.html

 

供稿:电子工程系 编辑:蕾蕾

 

 

 

 

2015年07月07日 08:05:12  清华新闻网

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