极点光学立异研讨团队在超精密颗粒物检测应用
发表于2019-08-24 19:26:17
摘要: 颗粒物的高活络传感检测在环境监控、国家安全和生化研讨等方面具有重要意义。近来,北京大学物理学院极点光学立异研讨团队肖云峰研讨员和龚旗煌院

颗粒物的高活络传感检测在环境监控、国家安全和生化研讨等方面具有重要意义。近来,北京大学物理学院“极点光学立异研讨团队”肖云峰研讨员和龚旗煌院士带领的课题组成功制备了依据纳米光纤阵列的全光传感器,并将其用于大气中超细颗粒物的检测。

图1 a、细颗粒物对人体健康的损害随粒径规范的联系;b、纳米光纤传感器示意图。

当颗粒物规范进入纳米规范量级时,其极低的极化率使得完成高活络度的快速快捷检测变得困难重重。依据光学办法的传感技能具有非物理触摸、非损坏、抗电磁干扰、易于操作且活络度高级特色,成为高活络传感研讨的抢手方向之一。传统光纤传感器已经在高活络检测范畴得到了广泛使用。近年来的研讨标明:当光纤直径减小至光波长量级时,光纤外部存在明显的倏逝场,其规范大约在百纳米量级,对周围环境的弱小改变极为灵敏。研讨团队使用颗粒物在纳米光纤倏逝场中的散射效应,完成了超细颗粒物的传感与规范散布丈量。

该项工作中,课题组首要核算了散射功率与散射体规范和光纤直径的联系,猜测了纳米光纤传感器的最优规范和勘探极限;随后依据理论猜测,进行了高活络度的纳米光纤阵列的规划和制备,使用串联的纳米光纤大大提高了传感器的传感面积和检测功率;经过优化光纤形式,研讨人员完成了单个规范聚苯乙烯纳米颗粒的传感和丈量,粒径分辨率达10纳米。

进一步,考虑到空气中百纳米规范等级的细颗粒物的穿透性更强,关于人体具有更大的损害(如图1),而揭露的细颗粒物质量浓度数据(PM2.5)无法对此进行有用点评,实时快速丈量细颗粒物的粒径散布信息对空气质量的点评更具有指导作用。课题组使用光纤传感器对2019年和2019年北京冬天大气细颗粒物进行了继续监测,直接获得了百纳米规范细颗粒物的粒径散布信息,核算得到的细颗粒物浓度数据与官方发布数据趋势契合杰出(如图2),充沛展现了此效果的使用价值。

图2 依据纳米光纤的大气质量监测。a、空气颗粒物粒径散布及其实时演化;b、空气颗粒物质量浓度(PM1.0)及官方数据(PM2.5)。空气样品实时收集于北京大学物理学院院内。

研讨效果宣布在重要学术期刊Light: Science Applications上。榜首作者是北大“博雅博士后”俞骁翀。合作者包含新加坡国立大学仇成伟教授。研讨工作得到了国家自然科学基金委、科技部、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同立异中心和极点光学协同立异中心等的支撑。

论文信息:

修改:安定

 

极点光学立异研讨团队在超精密颗粒物检测应用研讨获得新进展

 

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