·新聞熱線:0577-68881655 ·通訊QQ群:214665498 ·投稿郵箱:[email protected]

當前位置: 您當前的位置 : 蒼南新聞網  ->  蒼南新聞  ->  外媒看蒼南  -> 正文外媒看蒼南

一根納米線 綻放一道彩虹——訪智造世界最小光譜儀領銜人楊宗銀博士

發布時間:2019年10月11日 來源:溫州日報

  人物名片

  楊宗銀,1988年8月出生于蒼南,在蒼南中學完成高中教育,在浙江大學獲得學士、碩士學位。今年7月獲得英國劍橋大學電子工程系博士學位。現為劍橋大學石墨烯中心博士后、國王學院研究員。他的研究領域涉及一維和二維材料光電子學、納米激光器以及納米傳感器等。目前已發表SCI期刊論文31篇,授權獲中國專利8項。

  只要用手機攝像頭掃一掃,用微型光譜儀檢測一下蔬菜瓜果農藥殘留,“讀出”牛奶里是否含有三聚氰胺……這不是科幻片里的情景,這一切很可能變成現實。

  日前,本報刊發《溫籍科學家楊宗銀智造世界最小光譜儀》消息,率先在國內報道楊宗銀博士作為第一作者在美國權威學術期刊《Science》(《科學》)刊發論文《單根納米線光譜儀》,宣告成功研制世界最小光譜儀。該光譜儀主要由一根比人類頭發千分之一還細的半導體納米線組成,其大小僅為市面上最小光譜儀的千分之一左右,需在顯微鏡下才能看清楚。這一最新研究成果雖然還是實驗室產品,但引起業內專家和讀者強烈關注。為此本報記者專訪該項研究領銜人楊宗銀博士,揭秘智造世界最小光譜儀背后的故事。

  特殊納米線 實現顏色分辨

  問:您是從何時開始研發單根納米線光譜儀?背后原理是怎么發現的?

  答:2011年,我在浙大讀碩士期間和師兄谷付星一起發明了在單根納米線上調控帶隙的技術,得到的納米線在熒光顯微鏡下觀察起來就像一道彩虹,很容易讓人聯想到牛頓三棱鏡實驗。沿著這一思路,我們開始探索用納米線替代三棱鏡,將傳統光學器件的尺寸縮小到納米尺度。在具體科研實踐中,我們用一種帶隙漸變的特殊納米線替代傳統光譜儀中的分光和探測元件,采用和制作電腦芯片類似的工藝,在這種納米線上加工出了光探測器陣列,并利用各個探測器對不同顏色光具有不同響應的特性,通過逆問題的求解,從響應函數方程組中重構出所需要測量的光譜信息。

  由于該光譜儀直接使用納米線實現顏色分辨,沒有色散元件,極大地減小了光譜儀的體積。

  保持對科研的赤子之心

  問:您在這8年研制納米線光譜儀過程中都經歷了哪些困難?

  答:這一科研成果是由中國、英國、芬蘭等國的科研工作者合作完成,是團隊協同創新結出的碩果。從我個人來說,在這八年中遭遇了許多困難,也曾想過放棄,但是那顆對科研的赤子之心讓我在師長、家人的鼓勵支持下克服困難,最終歷經千辛萬苦,做出了點有用的研究。這期間很多瞬間讓我終生難忘。

  2012年,我在準備出國期間突發奇想,用這種納米線做光譜儀,期待讀博時做出來。2014年來到劍橋讀博,直至2017年一共做了大概150個光譜儀器件,結果仍不理想。2017年5月,換個結構做最后嘗試,結果出現轉機;隨著對器件和算法的一次次優化,隱隱約約覺得離目標不遠了。2018年8月,在一個周六晚上,我在實驗室測量到信號,有點不敢相信自己的眼睛,驗證了多次都和商用光譜儀測量結果相符。那一刻百感交集。2019年5月初投稿《科學》,一個月后就收到同意發表得審稿意見。

  五年后有望進入百姓家

  問:請問您是出于什么原因研制該款光譜儀?

  答:1666年,牛頓發現太陽光通過棱鏡的折射后可觀察到彩色。這個色散實驗推動了光譜儀的誕生。光譜儀是對物質發出的光譜信號進行分析的儀器,通過對光譜的測量可分析物體中的化學成分,用作對空氣污染、食品衛生、農作物生長、人體健康狀況的檢測工具;通過及時獲得物質的光譜信息將會給我們的科研、工業生產、日常生活帶來諸多便利。

  然而,目前大部分光譜儀的工作原理仍和牛頓的實驗相似,需要用到棱鏡或光柵之類的分光元件。這種光譜儀體積龐大已無法滿足日益發展的光譜應用技術的需求。但是減小分光和探測元件的尺寸將導致光譜儀的光譜分辨率、靈敏度及動態檢測范圍顯著下降,因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術挑戰。

  問:可否暢談一下這款光譜儀將有哪些用途?實現產業化很難嗎?

  答:該光譜儀體積小、便攜、易推廣的特點在應用上有不少優勢,非常合適終端消費者使用,可以在可穿戴設備等新興領域進行應用。它與手機攝像系統兼容,可設計成緊湊式光譜儀模塊,使手機具備光譜探測能力,檢測食物、皮膚的光譜信息,判斷食品安全及身體健康狀況。用該光譜儀對單個細胞進行掃描光譜成像,分析細胞每個部分的化學變化,為癌癥等疾病檢測提供一種新方法。

  我覺得這項技術的關鍵之一是彩色納米線的制備控制。這個問題正在通過借鑒芯片標準工藝的方式來解決。目前團隊已經在申請該微型光譜儀的專利。希望在這種光譜儀的基礎上開發出一系列覆蓋紫外到紅外的微型光譜儀,用大概五年時間使微光譜儀廣泛應用到科研、生產和生活中。(溫州日報記者 周大正)

Copyright2005 - 2012 Tencent. All Rights Reserved

中国彩吧一更懂彩民便民