研究人員利用石墨烯和MoS2設計出微型光譜儀

一個國際研究小組，包括來自阿爾托大學（Aalto University）、上海交通大學（Shanghai Jiao Tong University）、浙江大學（Zhejiang University）、四川大學（Sichuan University）、俄勒岡州立大學（Oregon State University）、延世大學（Yonsei University）和劍橋大學（University of Cambridge）的研究人員，設計了一個由不同成分的‘三明治’組成的微型光譜儀，其中包括石墨烯、二硫化鉬（MoS₂）和二硒化鎢（WSe₂）。

據報導，由於計算程式和人工智慧，該光譜儀打破了目前所有的解析度記錄，並在一個更小的包裝中做到了這一點。新的小型化設備可用於廣泛的領域，從檢查食品的品質到分析星光或探測外太空生命的微弱線索。

（圖片來源：Chang-Seuk Lee and Tae Hyun Kim/ACS Appl. Nano Mater）

傳統的光譜儀通常依靠笨重的部件來過濾和分散光線。現代方法簡化了這些元件以縮小尺寸，但仍然受到解析度和頻寬的限制。此外，傳統的光譜儀很重，佔用了大量的空間，這限制了它們在可擕式和移動設備中的應用。

為了解決這些問題，並縮小系統的尺寸，研究人員將分層材料與人工智慧演算法相結合。其結果是一個多合一的光譜儀比目前的商業系統小幾千倍。同時，它的性能可與臺式系統相媲美。換句話說，這些新的光譜儀將提供可擕式的替代方案，以發現其他看不見的資訊，甚至不用進入實驗室。

“我們消除了對檢測器陣列、色散元件和篩檢程式的需求。”論文的第一作者、芬蘭阿爾托大學的Hoon Hahn Yoon博士說：“這是一個多合一的小型設備，可以徹底改變這個領域。這種片上光譜儀技術有望在整個科學和工業領域提供高性能和新的實用性。”

材料成分的不同組合（如前所述，其中有石墨烯、MoS₂和其他材料）使光的探測超越了可見光譜，遠至近紅外區域。這意味著光譜儀檢測的不僅僅是顏色，能夠實現化學分析和夜視等應用。

（圖片來源：Chang-Seuk Lee and Tae Hyun Kim/ACS Appl. Nano Mater）

新設備可以被納入無人機、行動電話和晶片上的實驗室平臺等儀器中，這些儀器可以在一個積體電路中進行多個實驗。後者也為醫療保健領域提供了機會。在這一領域，光譜儀和光探測器已經是成像和診斷系統的關鍵組成部分--新的小型化設備可以實現‘化學指紋’的同步視覺化和檢測，從而帶來生物醫學領域的可能性。

“我們的微型光譜儀提供了微米和納米尺度的高空間和光譜解析度，這對於回應性生物植入物和創新成像技術來說特別令人興奮，”共同作者、劍橋石墨烯中心的Tawfique Hasan教授說。

由於與完善的工業流程相容，這項新穎的技術在可擴展性和整合方面具有巨大的潛力。它可以為下一代智慧手機相機開闢未來，這些技術將演變成傳統彩色相機無法做到的高光譜相機。

文章來源：https://www.graphene-info.com/researchers-design-impressive-all-one-miniature-spectrometers-using-graphene

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