大氣中超細(xì)顆粒物的檢測(cè)首次有了低成本便攜式利器。近日，北京大學(xué)物理學(xué)院肖云峰研究員和龔旗煌院士帶領(lǐng)的課題組，成功制備了基于納米光纖陣列的全光傳感器，新傳感器的單顆粒粒徑分辨率首次達(dá)到10納米。

顆粒物的高靈敏傳感檢測(cè)在環(huán)境監(jiān)控、國(guó)家安全和生化研究等方面具有重要意義。基于光學(xué)方法的傳感技術(shù)具有非物理接觸、易于操作且靈敏度高等優(yōu)勢(shì)，故而傳統(tǒng)光纖傳感器已在高靈敏檢測(cè)領(lǐng)域“大顯身手”。

肖云峰對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者解釋：“國(guó)際學(xué)術(shù)界研究表明，當(dāng)光纖直徑減小至光波長(zhǎng)量級(jí)時(shí)，光纖外部產(chǎn)生顯著的倏逝場(chǎng)（尺度約在百納米量級(jí)），其對(duì)周圍環(huán)境的微弱變化極為敏感，因此，可利用顆粒物在倏逝場(chǎng)中的散射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超細(xì)顆粒物的傳感與尺寸分布測(cè)量。”

據(jù)肖云峰介紹，在新研究中，他們首先精確地計(jì)算了散射效率與散射體尺寸和光纖直徑的關(guān)系，預(yù)測(cè)了納米光纖傳感器的最優(yōu)幾何尺寸和探測(cè)極限；隨后進(jìn)行了高靈敏度的納米光纖陣列的設(shè)計(jì)和制備，并通過優(yōu)化光纖模式，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯納米顆粒的傳感和測(cè)量，粒徑分辨率達(dá)10納米。

課題組利用這一傳感器對(duì)2015年和2016年北京冬季大氣細(xì)顆粒物進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè)，直接獲得了百納米尺度細(xì)顆粒物的粒徑分布信息及實(shí)時(shí)演化圖，以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算得到的細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)與官方公布的數(shù)據(jù)趨勢(shì)符合良好，展示了此成果具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

龔旗煌院士說：“與其他傳感器相比，納米光纖型傳感不僅精度高，且成本低、操作簡(jiǎn)單、便于攜帶，可快速精準(zhǔn)地檢測(cè)出大氣中的超細(xì)顆粒物，有望為環(huán)境保護(hù)和霧霾形成機(jī)理研究提供一種新的工具?！?/span>

這項(xiàng)成果發(fā)表在重要光學(xué)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》上，研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等的支持。