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可调谐红外LED可识别一系列气体

2021/9/7 18:38:08      材料来源:化合物半导体

研究人员开发出可以将智能手机变成光谱仪的技术


科学家们已经发明了一种可以“调谐”不同波长光的红外 LED。该器件可以识别一系列气体,可能包括致命气体,从而提高消防员、矿工、军队和当地管道工的安全。

 

该技术由墨尔本大学、劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和澳大利亚研究委员会变革元光学系统卓越中心 (TMOS) 开发。这项研究发表在《自然》杂志上。

 

红外光谱仪可以调谐到不同的波长,对气体样品进行广谱分析。然而,这些机器体积庞大且价格昂贵,通常不适合带出实验室并进入现场。

 

“我们的新技术将一层薄薄的黑磷晶体粘合到一个柔软的类似塑料的基板上,使其以某种方式弯曲,从而使黑磷发出不同波长的光,基本上形成一个可调谐的红外 LED,允许检测多种材料,”墨尔本大学教授Kenneth Crozier说,“这项技术可以装入智能手机并成为日常使用的一部分。”

 

例如,肉类中发现的细菌在繁殖时会释放出各种气体。这些气体的存在很好地表明肉已经变质并且不再适合食用。

 

“放置在冰箱内的器件可以发送通知,告知肉正在消失。当指着一个手提包时,它可以揭示这个包是用真皮还是更便宜的替代品制成的,”克罗齐尔说,他也是 TMOS 的副主任。

 

“放在冰箱里的装置可能会发出肉类变质的通知。当你指着一个手提包时,它可能会显示出这个包是真皮做的还是更便宜的替代品,”Crozier说,他同时也是TMOS副总监。

 

目前用于红外光电探测器和发光器件的材料可能难以制造,这在很大程度上是由于需要多层完美连接的晶体。这种新的黑磷技术只需要一层就可以使器件变得灵活,弯曲时具有独特的性能。

 

领导这项工作的加州大学伯克利分校的 Ali Javey 说:“随着弯曲,黑磷发射波长的变化确实非常显著,使 LED 能够在中红外范围内进行调谐。”

 

重要的是,该器件可以使消防员、矿工和军队的工作更安全,使他们能够在安全距离内识别潜在的致命气体,因为超薄、超轻的器件可以放置在小型无人机上。在建筑物火灾上空飞行这样的无人机可以告诉消防员他们面临的危险和他们需要的设备。

 

这种低成本技术还可以应用于管道工和建筑管理人员使用的设备中。

 

“我们的红外光电探测器可以集成到一个摄像头中,这样我们就可以查看手机屏幕并‘看到’气体泄漏或排放,并能够确定它是哪种气体,”Crozier说。

 

参考文献

'Actively variable-spectrum optoelectronics with black phosphorus' by Hyungjin Kim et al; Nature volume 596 (2021)

 

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