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NASA和MIT联手开发天基量子点光谱仪

【中国仪器网行业要闻】导读:NASA技术专家与新纳米技术的发明者合作,这种纳米技术可以改变空间科学家构建光谱仪方式,而光谱仪是几乎所有科学学科使用的重要装置,可以测量从天体包括地球本身发出的光的性质。

NASA Goddard太空飞行中心的研究工程师Mahmooda Sultana,现在正在与麻省理工学院(MIT)的化学教授Moungi Bawendi合作,开发基于Bawendi课题组开创的新兴量子点技术的原型成像光谱仪。

该技术能够转变太空科学家建造光谱仪的方式。光谱仪是所有科学领域用来测量光(天体发出的,包括地球的)的特性的最重要装置。美国宇航局的中心创新基金为这项具有开创性的、高风险技术提供了资金支持。

支持潜在的开拓性、高风险技术的NASA中心创新基金正在资助这项尝试。

引入量子点

量子点是在20世纪80年代初发现的一种半导体纳米晶体。肉眼不可见,在测试中已经证明这些点根据它们的尺寸、形状和化学成分可以吸收不同波长的光。该技术对于依赖光分析的应用包括智能手机摄像头、医疗设备以及环境测试设备来说是很有潜力的。

“这是非常新颖的,” Sultana说,她认为这项技术可以小型化以及引起天基光谱仪的革命性变革,特别是那些用于无人驾驶飞行器和小卫星的设备。“它真的可以简化仪器集成。”

吸收光谱仪,顾名思义,测量光与样品(例如大气气体)的相互作用中作为频率或波长的函数的光的吸收。

在通过样品或与样品相互作用后,光到达光谱仪。传统的光谱仪使用光栅、棱镜或干涉滤光器将光分成其分量波长,然后它们的检测器单元进行检测以产生光谱。光谱吸收越强烈,特定化学物质的含量就越大。

虽然天基光谱仪由于小型化技术已经变得越来越小,但是它们仍然相对较大,Sultana说。“较高的光谱分辨率对于使用光栅和棱镜的仪器需要较长的光路。这通常会导致仪器变大。而在此,使用量子点作为滤波器根据其大小和形状吸收不同的波长,我们可以做一个超紧凑的仪器。换句话说,你可以淘汰掉如光栅、棱镜和干涉滤光片等光学部件。”

同样重要的是,该技术允许仪器开发人员生成几乎无限数量的不同点。随着它们的尺寸减小,量子点吸收的光的波长也减小。“这使得可以产生连续可调但又不同的一组吸收滤光器,其中每个单元都是由具有特定尺寸、形状或组成的量子点组成。我们将精确控制每个点的吸收。我们可以自定义仪器来观察在高光谱分辨率下许多不同波段。”

原型仪器正在开发中

在她的NASA技术开发支持下,Sultana正在努力开发,热真空和振动试验合格,并展示了对太阳和极光成像所需的可见波长敏感的20×20量子点阵列。然而,该技术可以很容易地扩展到覆盖更广泛的波长范围,从紫外到中红外,这可能在地球科学、太阳物理学和行星科学中找到许多潜在的空间应用,她说。

在合作中,Sultana正在开发一种特别用于CubeSat应用程序的仪器概念,MIT博士生Jason Yoo正在研究合成不同前体化学品以生产量子点,然后将其打印到合适基材上的技术。“最终,我们希望将量子点直接打印到检测器单元上,”她说。

“这是一项非常新颖的技术,” Sultana补充说,她承认正处在它发展的早期。“但我们正在努力快速提高其技术准备水平。一些可能受益的空间科学机会正在筹备中。”

(原文标题:NASA和MIT合作开发天基量子点光谱仪,本文来源:分析测试百科)

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