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悉尼理工大学研究人员新研发纳米温度计 利用金刚石纳米颗粒提升测量精度

发布时间:2019-11-19 20:23:47 编辑:笔名
悉尼理工大学研究人员新研发纳米温度计 利用金刚石纳米颗粒提升测量精度

纳米温度计虽然不是一个全新的想法,但仍处于科学的前沿。早前一个由美国密歇根大学等单位研究人员组成的国际小组开发出一种纳米级的“温度计”,能从原子尺度测量热散逸,并首次建立了一种框架,来解释纳米级系统的热散逸现象。这一成果为开发体积更小、功能更强的电子设备扫除了一项重要技术障碍。相关论文发表在《自然》杂志上。

现在,澳大利亚悉尼理工大学(UTS)的研究人员认为他们已经提升了纳米温度计的精度和分辨率。纳米温度计的潜在应用非常广泛。从患病细胞到计算机和通信技术中的微/纳米组件,它能够精确测量纳米尺度的温度,同时监测温度波动,是游戏规则的改变者。

研究团队由悉尼科技大学数学与物理科学学院的高级研究员Carlo Bradac博士领导,采用了一种新颖的纳米测温方法,利用金刚石纳米粒子中的缺陷作为量子水平的热传感器。虽然纯钻石被认为是透明的,但在原子层面上的瑕疵经常存在,正是这些外来原子,以及它们各自的颜色杂质,使得这项技术得以应用。这些钻石纳米颗粒非常小,比人类头发的宽度小了1万倍,当它们的瑕疵被激光照射时,就会发出荧光。这就是系统用来测量温度的荧光。

研究人员使用了一种叫做反斯托克斯的方法,即钻石纳米颗粒中杂质发出的光的强度很大程度上取决于周围环境的温度。钻石中的有色杂质被低能量光源照亮,随着温度的升高,粒子的色心受到激发,从而以指数形式增加亮度。这提供了一种非常精确的温度传感方法。所需要做的就是将水溶液中的金刚石纳米粒子与样品接触,然后测量它们的光学荧光。这种新方法的灵敏度和空间分辨率使其与众不同,并且可以立即部署。

测量温度是科研和工业生产等领域的基础工作之一。随着晶体管等在内的很多器件尺寸越来越小,在微观环境中测量温度的要求也越来越高。早在几年前,日本研究人员就开发出一种当时世界上最小的碳纳米温度计,这种温度计直径不到头发的1/500,能精确到0.25℃,可用于电子线路检测、毛细血管温度测定等诸多方面。而文中所述的纳米温度计更是小到足以进入单个细胞!这一成果无疑为满足越来越高的温度测量要求提供了新手段。

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