Инфракрасные спектрометры - это дорогие и мощные инструменты, которые ученые используют для анализа химического состава образца, и новый исследовательский проект продемонстрировал, как эта технология может выглядеть, если поместить ее в смартфон. Прорыв основан на недавно разработанном светодиоде, который можно настроить на обнаружение различных газов и который потенциально может быть превращен в компактное устройство для обнаружения всего, от испорченной еды до искусственной кожи.
Исследование было проведено учеными из США и Австралии, которые намеревались разработать более мобильные формы обычно громоздких инфракрасных спектрометров, используемых в исследовательских лабораториях. Они работают, воздействуя на образцы инфракрасным излучением, а затем анализируя результирующие взаимодействия, которые варьируются в зависимости от молекул в объекте и от того, как они поглощают, излучают и отражают свет.
Химики используют эту технологию для изучения новых соединений или помощи в синтезе новых материалов. Но адаптация инфракрасной спектроскопии для работы в более мобильном формате может открыть некоторые интересные возможности, такие как обнаружение утечек газа в шахте или предотвращение порчи продуктов. По мере своего размножения бактерии в мясе выделяют определенные газы, уровень которых может указывать на порчу. Авторы нового исследования сделали многообещающий шаг к этому будущему.
«Наша новая технология связывает тонкий слой кристаллов черного фосфора с гибкой пластикоподобной подложкой, позволяя изгибать ее таким образом, чтобы черный фосфор излучал свет с разными длинами волн, по сути создавая настраиваемый инфракрасный светодиод, который позволяет определять несколько материалов», - говорит профессор Мельбурнского университета Кеннет Крозье (Kenneth Crozier). «Эта технология может уместиться в смартфонах и стать частью повседневного использования».
Этот прорыв может означать значительный прогресс для этих типов инструментов, которые основаны на тщательном построении нескольких слоев идеально расположенных кристаллов для фильтрации инфракрасного света желаемым образом. И наоборот, новый дизайн команды относительно прост, в нем используется всего один слой черного фосфора для сохранения гибкости, что позволяет изменять его свойства и генерировать волны различной длины, которые можно применять к различным подопытным материалам и веществам.
«Сдвиг длины волны излучения черного фосфора при изгибе действительно весьма разительный, что позволяет настраивать светодиод в средней инфракрасной области», - говорит профессор Али Джави (Ali Javey) из Калифорнийского университета в Беркли, группа которого руководила работой.
Ученые представляют, как настраиваемый прибор размещается внутри холодильника и отправляет уведомление владельцу, когда еда портится, или его можно встроить в смартфон, чтобы помочь покупателям отличить искусственную кожу от настоящей. Он также может быть интегрирован в дроны, используемые пожарными и шахтерами для обнаружения вредных газов с безопасного расстояния.
«Наши ИК-фотодетекторы можно интегрировать в камеру, чтобы мы могли смотреть на экран телефона и при этом «видеть» утечки или выбросы газа и определять, что это за газ», - говорит Крозье.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источник: New Atlas / University of Melbourne
