研究人员利用石墨烯和MoS2设计出微型光谱仪

一个国际研究小组，包括来自阿尔托大学（Aalto University）、上海交通大学（Shanghai Jiao Tong University）、浙江大学（Zhejiang University）、四川大学（Sichuan University）、俄勒冈州立大学（Oregon State University）、延世大学（Yonsei University）和剑桥大学（University of Cambridge）的研究人员，设计了一个由不同成分的‘三明治’组成的微型光谱仪，其中包括石墨烯、二硫化钼（MoS₂）和二硒化钨（WSe₂）。

据报道，由于计算程序和人工智能，该光谱仪打破了目前所有的分辨率记录，并在一个更小的包装中做到了这一点。新的小型化设备可用于广泛的领域，从检查食品的质量到分析星光或探测外太空生命的微弱线索。

（图片来源：Chang-Seuk Lee and Tae Hyun Kim/ACS Appl. Nano Mater）

传统的光谱仪通常依靠笨重的部件来过滤和分散光线。现代方法简化了这些组件以缩小尺寸，但仍然受到分辨率和带宽的限制。此外，传统的光谱仪很重，占用了大量的空间，这限制了它们在便携式和移动设备中的应用。

为了解决这些问题，并缩小系统的尺寸，研究人员将分层材料与人工智能算法相结合。其结果是一个多合一的光谱仪比目前的商业系统小几千倍。同时，它的性能可与台式系统相媲美。换句话说，这些新的光谱仪将提供便携式的替代方案，以发现其他看不见的信息，甚至不用进入实验室。

“我们消除了对检测器阵列、色散元件和过滤器的需求。”论文的第一作者、芬兰阿尔托大学的Hoon Hahn Yoon博士说：“这是一个多合一的小型设备，可以彻底改变这个领域。这种片上光谱仪技术有望在整个科学和工业领域提供高性能和新的实用性。”

材料成分的不同组合（如前所述，其中有石墨烯、MoS₂和其他材料）使光的探测超越了可见光谱，远至近红外区域。这意味着光谱仪检测的不仅仅是颜色，能够实现化学分析和夜视等应用。

（图片来源：Chang-Seuk Lee and Tae Hyun Kim/ACS Appl. Nano Mater）

新设备可以被纳入无人机、移动电话和芯片上的实验室平台等仪器中，这些仪器可以在一个集成电路中进行多个实验。后者也为医疗保健领域提供了机会。在这一领域，光谱仪和光探测器已经是成像和诊断系统的关键组成部分--新的小型化设备可以实现‘化学指纹’的同步可视化和检测，从而带来生物医学领域的可能性。

“我们的微型光谱仪提供了微米和纳米尺度的高空间和光谱分辨率，这对于响应性生物植入物和创新成像技术来说特别令人兴奋，”共同作者、剑桥石墨烯中心的Tawfique Hasan教授说。

由于与完善的工业流程兼容，这项新颖的技术在可扩展性和整合方面具有巨大的潜力。它可以为下一代智能手机相机开辟未来，这些技术将演变成传统彩色相机无法做到的高光谱相机。

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

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