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北京大學納米光傳感器用于大氣細顆粒物監測

閱讀:734      發布時間:2018-7-4
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北京大學物理學院肖云峰研究員和龔旗煌院士帶領的課題組,成功制備了基于納米光纖陣列的全光傳感器,新傳感器的單顆粒粒徑分辨率達到10納米。大氣中超細顆粒物的檢測有了低成本便攜式利器。

  顆粒物的高靈敏傳感檢測在環境監控、國家an全和生化研究等方面具有重要意義。基于光學方法的傳感技術具有非物理接觸、易于操作且靈敏度高等優勢,故而傳統光纖傳感器已在高靈敏檢測領域“大顯身手”。

  肖云峰對科技日報記者解釋:“學術界研究表明,當光纖直徑減小光波長量級時,光纖外部產生顯著的倏逝場(尺度約在百納米量級),其對周圍環境的微弱變化極為敏感,因此,可利用顆粒物在倏逝場中的散射效應,實現對超細顆粒物的傳感與尺寸分布測量。”

  據肖云峰介紹,在新研究中,他們先地計算了散射效率與散射體尺寸和光纖直徑的關系,預測了納米光纖傳感器的合適幾何尺寸和探測極限;隨后進行了高靈敏度的納米光纖陣列的設計和制備,并通過優化光纖模式,實現了單個標準聚苯乙烯納米顆粒的傳感和測量,粒徑分辨率達10納米。

  課題組利用這一傳感器對2015年和2016年北京冬季大氣細顆粒物進行了持續監測,直接獲得了百納米尺度細顆粒物的粒徑分布信息及實時演化圖,以此數據為基礎計算得到的細顆粒物質量濃度數據與*公布的數據趨勢符合良好,展示了此成果具有較高的應用價值。

  龔旗煌院士說:“與其他傳感器相比,納米光纖型傳感不僅精度高,且成本低、操作簡單、便于攜帶,可快速地檢測出大氣中的超細顆粒物,有望為環境保護和霧霾形成機理研究提供一種新的工具。”

  這項成果發表在重要光學期刊《光:科學與應用》上,研究得到了國家自然科學基金委、科技部等的支持。

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