電子工程系博士生導(dǎo)師鮑捷在《自然》發(fā)表論文
展示基于膠體量子點(diǎn)納米材料制作微型光譜儀的新方法
清華新聞網(wǎng)7月7日電 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(diǎn)納米材料的光譜儀》（A Colloidal Quantum Dot Spectrometer），報(bào)道了一種基于膠體量子點(diǎn)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(zhuān)題評(píng)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。
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(diǎn)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。）
光譜儀是一種能夠分辨不同顏色（波長(zhǎng)）光波強(qiáng)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(lèi)設(shè)備通常體積過(guò)大以致于難以移動(dòng)。科學(xué)家長(zhǎng)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(lái)，相關(guān)努力都不是很成功。
鮑捷及莫吉·巴旺迪提出，現(xiàn)有微型光譜儀的設(shè)計(jì)局限可以用膠體量子點(diǎn)克服，量子點(diǎn)是高度可調(diào)控的、微型的并且對(duì)光敏感的半導(dǎo)體晶體，使用量子點(diǎn)可以在減小光譜儀體積的同時(shí)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(diǎn)納米材料和一個(gè)普通數(shù)碼相機(jī)所用的成像感光元件構(gòu)成的一個(gè)微型光譜儀。其每一個(gè)量子點(diǎn)都對(duì)特定光譜范圍敏感，可以過(guò)濾各種波長(zhǎng)的光并檢測(cè)到非常小的光譜移位。這是國(guó)際上首次將膠體量子點(diǎn)納米材料用于制作微型光譜儀的報(bào)道。
膠體量子點(diǎn)被打印到攝像傳感器表面示意圖。
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(jià)、體積小于智能手機(jī)攝像頭的微型光譜儀鋪平了道路。其未來(lái)應(yīng)用包括太空探索、個(gè)性化醫(yī)療、微流控芯片實(shí)驗(yàn)室診斷平臺(tái)等。
同期《自然》雜志發(fā)表專(zhuān)題編輯部評(píng)論，評(píng)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(huì)比較龐大，使其很難實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)量。……科學(xué)家們描述了一個(gè)小巧且功能強(qiáng)大的光譜儀，并且可能以低廉的造價(jià)進(jìn)入消費(fèi)者電子產(chǎn)品，比如用于無(wú)損的紅酒品質(zhì)鑒定等，推進(jìn)了光譜儀的進(jìn)一步發(fā)展。”
同期《自然》雜志還刊登了美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家的專(zhuān)題評(píng)論文章，文章說(shuō)“這種優(yōu)雅的將納米技術(shù)與數(shù)碼相機(jī)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(lái)，我們可能會(huì)看到微小的、高分辨率的量子點(diǎn)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(diǎn)光譜儀的新方法，完成了初期實(shí)驗(yàn)及分析。2013年加入清華大學(xué)電子工程系任博士生導(dǎo)師，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(shí)驗(yàn)室，深入分析并發(fā)展了該項(xiàng)技術(shù)，完成了此項(xiàng)研究工作。
論文在線鏈接：
http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7558/full/nature14576.html
供稿：電子工程系 編輯：蕾蕾
