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量子点和光谱仪成功结合物质指纹慧眼能识大连

发布时间:2019-09-09 20:43:44 来源:兴超机械网

将来的一天,只要拿着手机轻轻一扫,就能知道想买的苹果是酸还是甜,喝的牛奶安不安全,食用的油是不是地沟油;戴上智能手表就能检测皮肤血氧含量,也可以检测是否罹患皮肤癌等疾病……

这不是天方夜谭,只需一个小小的量子点光谱仪就可轻松搞定。而研发这一“神器”的,正是清华大学电子工程系副教授、博士生导师鲍捷。

2013年底从美国麻省理工学院(MIT)学成归国的鲍捷,是学生眼中“最帅的导师”。作为“青年千人计划”学者,鲍捷以学报国,在光谱仪研发领域采撷了最亮的那颗星,成功研发量子点光谱仪,宣告全民光谱照相时代的到来。

量子点光谱仪“惊艳”世界

2015年7月,一篇名为《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》的论文在《自然》杂志上发表,学界因之轰动。“这是人们第一次在光谱仪中使用量子点”“科学领域上最重要的科研工具之一现在适合于你的手机”……国外媒体的纷纷点赞,显示出量子点光谱仪的非同寻常。

论文的第一作者正是鲍捷。同期《自然》杂志还刊登了美国西北太平洋国家实验室科学家的专题评论文章,文章说“这种优雅地将纳米技术与数码相机影像传感器集成的方法克服了多种现有技术所面临的困难”“将来,我们可能会看到微小的、高分辨率的量子点光谱仪在太空任务或家居智能传感器和物联网中被应用”……

量子点光谱仪的横空出世,是量子点和光谱仪的首次成功结合,开辟了人类使用纳米材料的新方向,具有里程碑意义。

光谱是物质的一种“指纹”,是其与生俱来的“身份证”,而作为分辨光波的神奇“眼睛”,光谱仪能准确测量物质“指纹”,从而“一眼洞穿”其化学成分和相对含量。然而,传统光谱仪受光栅分光的物理原理限制,在实际中难以做到小于一本字典的大小,且造价昂贵,高达数万美元。因此,传统光谱仪一直是实验室的“专宠”,难以进入寻常百姓家。

想要改变,就必须突破。鲍捷上下求索,终于找到纳米材料领域的“新贵”——量子点。量子点具有吸光特性,将其缩小至人头发丝万分之一尺度时,量子点的颜色就会随尺寸改变而改变。“量子点是能在非常宽的颜色范围内连续地获得不同颜色的材料,基于这一独特性,它是用来辨别物质颜色或光谱的绝佳材选。”鲍捷说。

量子点光谱仪利用不同量子点材料的光学性质,取代了光栅的光学过滤作用,具有新型传感器小、巧、轻的特点。甫一问世,量子点光谱仪就“优雅地”惊艳了世界,其广阔的应用前景也让人充满期待。

瞄准交叉领域闯新路

成功,从来不是偶然的。跨学科的专业背景和长时间的观察思考,让鲍捷有了“后发优势”,他打破常规思维,以超然的研究视角,蹚出了一条新路。

本科就读于清华大学化学系,博士阶段深造于美国布朗大学,5年内学过材料、光谱等4个专业,博士后则在MIT从事飞秒激光研究,短短10余年间鲍捷在化学、生物、物理等多个学科方向游刃有余,学术视野空前开阔,最终“脑洞大开”,将量子点和光谱仪两种本来“八竿子打不着”的东西巧妙地结合在了一起。“我们站在巨人肩膀上做科研,虽然巨人难以超越,但巨人和巨人间有可供探索的广阔空间,交叉学科就是搭在巨人间的桥梁。”鲍捷说。

发现真问题,才有新突破。在美国求学时,细心的鲍捷发现很多人爱晒太阳,但紫外线太强可能诱发皮肤癌,这让不少人饱受折磨。“要是有一个能测量不同波长紫外线含量和强度的小型光谱仪就好了。”鲍捷暗自琢磨。

就这样,制作小型光谱仪的想法在鲍捷心里扎下了根,他推开一扇门,洞见了一个更辽阔的世界。

苦心人,天不负。量子点光谱仪终于从理念变成现实。

怀揣一颗报国之心

海外负笈,以学报国,这在鲍捷看来是水到渠成的事。

“他身上有老一辈科学家的影子,怀着一颗朴素的爱国心。”课题组科研助理张大伟和鲍捷接触很多,这份情怀让他感同身受。早在回国前,鲍捷就在量子点光谱仪的研发上获得突破。“凭借这一颠覆性技术,他想要留在美国任教绝非难事。”张大伟说。

然而,鲍捷却并没想要留下来。当清华大学前校长2013年在美国问他是否愿意回国工作时,鲍捷没有丝毫犹豫,满口答应。

回到母校工作,实现了鲍捷的夙愿。归国之初,实验室只是几间空荡荡的小屋,一件像样的设备都没有,鲍捷一一购置,慢慢搭建起了完备的实验研究平台。在这里,他一次次地试验,成功研制出了量子点光谱仪,开了量子点和光谱仪巧妙结合的先河。现在,他又瞄准前沿领域,朝智能制造、智能传感、智能分析等领域迈进,准备攀登新的高峰。

“不要把自己局限在一个领域,做研究眼界一定要宽。”这是鲍捷常对学生说的一句话。他鼓励学生广泛涉猎,并注重培养他们的自主科研能力。

鲍捷对学生严格,“在算法精度上,别人能做到的,你们也要做到”;但他也很宽和,“我们实验室从不打卡,鲍老师不会强迫我们,如果状态不好,出去玩一天他也不介意。”博士研究生李思敏说。

实验室的一面墙上,贴着鲍捷跟学生们的不少合影。照片上,他总是站在最外侧,也像个学生一样,笑得灿烂。

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