麻省理工学院化学家开发量子点光谱仪

时间：2021-06-18 18:52:09 来源：

在该图示中，量子点（QD）光谱仪装置是打印QD滤波器 - 一个关键的制造步骤。其他光谱仪接近具有复杂的系统，以便创建所需的光学结构。这里以QD光谱仪接近，光学结构 - QD滤波器 - 通过打印液滴产生。在灵活性，简单性和降低成本方面，这种方法是独特的，有利的。

来自麻省理工学院的研究人员设计了一种量子点光谱仪，足以在智能手机内运行，使便携式光分析能够。

测量称为光谱仪的光的性质的仪器广泛用于物理，化学和生物学研究。这些设备通常太大而不能便携，但是，麻省理工学院科学家现在已经表明他们可以使用称为量子点的微小半导体纳米颗粒在智能手机相机内部的光谱仪。

这种装置可用于诊断疾病，尤其是皮肤状况，或检测环境污染物和食物条件，说是一个描述于7月2日的大自然问题的量子点光谱仪的纸张的主要作者。

这项工作还代表了量子点的新应用，这些应用主要用于标记细胞和生物分子以及计算机和电视屏幕。

“使用量子点进行光谱仪是如此直接的应用程序，与我们尝试过的其他一切相比，我认为这是非常有吸引力，”麻省理工学院和纸张的高级作者莱斯特沃尔夫教授Moungi Bawendi说。

缩小光谱仪

最早的光谱仪由棱镜组成，使光分离成其组成波长，而当前模型使用诸如衍射光栅的光学设备以实现相同的效果。光谱仪用于各种应用，例如研究物理学中的原子过程和能量水平，或分析用于生物医学研究和诊断的组织样本。

更换具有量子点的庞大光学设备允许麻省理工学院团队将光谱仪缩小到大小的大小尺寸，并利用量子点的一些固有的有用特性。

量子点，在20世纪80年代初发现的一种纳米晶体，通过将诸如铅或镉的金属与包括硫，硒或砷的其他元素组合来制备。通过控制这些起始材料，温度和反应时间的比率，科学家可以产生几乎无限数量的点，其具有称为带隙的电子特性的差异，这决定了每个点将吸收的光的波长。

但是，量子点的大多数现有应用都不会利用这种巨大的光吸光度。相反，大多数应用程序，例如标签单元格或新型电视屏幕，利用量子点的荧光 - Bawendi说，这是一个更难以控制的财产。“很难制作荧光非常明亮的东西，”他说。“你必须保护小点，你必须做所有这个工程。”

科学家也在基于量子点的太阳能电池依赖于将光转换为电子的光电点。然而，这种现象尚不清楚，并且难以操纵。

另一方面，量子点的吸收特性是众所周知的，非常稳定。“如果我们可以依赖这些属性，可以创建在相对短期内产生更大影响的应用程序，”Bao说。

广谱

新量子点光谱仪部署数百个量子点材料，每个圆点材料可以过滤特定的一组光波长。量子点过滤器印刷成薄膜并放置在光电探测器的顶部，例如在手机相机中发现的电荷耦合器件（CCD）。

研究人员创建了一种算法，该算法分析每个滤波器吸收的光子百分比，然后重新组合来自每个过滤器的信息来计算原始光线的强度和波长。

可以覆盖更多的量子点材料，可以覆盖更多的波长，并且可以获得更高的分辨率。在这种情况下，研究人员使用约200种类型的量子点在约300纳米的范围内铺展。利用更多点，这种光谱仪可以设计成覆盖甚至更广泛的光频率。

“Bawendi和Bao表现出一种美好的方法来利用微半导体量子点的控制光学吸收以进行微谱光谱仪。他们展示了一个不仅小的光谱仪，而且还具有从未达到的高吞吐量和高频谱分辨率，这是从未实现的，“加利福尼亚州加州大学的物理学副教授伯克利没有参与其中研究。

如果纳入小型手持设备，这种类型的光谱仪可用于诊断皮肤状况或分析尿液样本。它们还可用于跟踪脉冲和氧气水平的生命体征，或测量暴露于紫外线的不同频率，这在其损害皮肤的能力中变化很大。

“这种光谱仪的中心部件 - 量子点滤波器阵列 - 由基于溶液的加工和印刷制造，从而实现显着降低成本，”BaO增加。

该研究由麻省理工学院士兵纳米技术研究所资助。

出版物：杰宝和Moungi G. Bawendi，“胶体量子点光谱仪”，自然523,67-70（2015年7月02日）; DOI：10.1038 / Nature14576

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