Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các kỹ sư đã phát triển một quang phổ kế nhỏ và đơn giản đến mức nó có thể tích hợp với camera của một chiếc điện thoại di động thông thường mà không làm mất đi độ chính xác.
Hãy tưởng tượng bạn đang có một bữa ăn nhẹ, một bữa ăn với những thức ăn mà bạn không thể xác định được chúng có hại hay không. Nhưng chỉ với chiếc điện thoại thông minh, bạn vào sẽ ngay lập tức biết nếu các thành phần của thức ăn đã bị ôi thiu.
Các thiết bị này được gọi là máy quang phổ có thể phát hiện các hóa chất nguy hiểm dựa trên “dấu vân tay” duy nhất của ánh sáng được hấp thụ và phát ra. Nhưng những dụng cụ tách ánh sáng này từ lâu vừa cồng kềnh vừa đắt tiền, ngăn cản việc sử dụng chúng bên ngoài phòng thí nghiệm.
Cho đến bây giờ. Các kỹ sư tại Đại học Wisconsin-Madison đã phát triển một máy quang phổ nhỏ và đơn giản đến mức nó có thể tích hợp với camera của một chiếc điện thoại di động thông thường mà không làm mất đi độ chính xác.
“Đây là một quang phổ kế nhỏ gọn, bắn một lần, cung cấp độ phân giải cao với chi phí chế tạo thấp”, Zhu Wang, một trong số các kỹ sư điện tạo ra thiết bị nói.
Các nhà nghiên cứu đã công bố một mô tả về các thiết bị gần đây trên tạp chí Nature Communications .
Các thiết bị của nhóm cũng có một khả năng tiên tiến được gọi là hình ảnh siêu phổ, thu thập thông tin về từng pixel riêng lẻ theo thứ tự hình ảnh để xác định vật liệu hoặc phát hiện các đối tượng cụ thể trong bối cảnh phức tạp.
Chẳng hạn, cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để phát hiện các vỉa khoáng chất có giá trị trong các mặt đá hoặc để xác định các loài thực vật cụ thể trong khu vực có nhiều cây cối.
Dấu vân tay phổ của mọi nguyên tố bao gồm các bước sóng ánh sáng được phát ra hoặc hấp thụ độc đáo – và khả năng cảm nhận ánh sáng của quang phổ là điều đã cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện mọi thứ từ phân tích thành phần của các hợp chất chưa biết để tiết lộ cấu tạo của các ngôi sao xa xôi.
Máy quang phổ thường dựa vào lăng kính hoặc cách tử để phân chia ánh sáng phát ra từ một vật thể thành các dải rời rạc – mỗi dải tương ứng với một bước sóng khác nhau. Bộ tách sóng quang của máy ảnh có thể chụp và phân tích các dải đó. Ví dụ, dấu vân tay của nguyên tố natri, bao gồm hai dải có bước sóng 589 và 590 nanomet.
Mắt người nhìn thấy ánh sáng bước sóng 590 nanomet như một bóng màu vàng cam. Bước sóng ngắn hơn tương ứng với màu lam và màu tím, trong khi bước sóng dài hơn xuất hiện màu đỏ. Ánh sáng mặt trời chứa một cầu vồng hoàn chỉnh trộn lẫn với nhau, mà chúng ta thấy là màu trắng.
Để giải quyết sự khác biệt giữa hỗn hợp các màu khác nhau, quang phổ kế thường phải tương đối lớn với chiều dài đường đi dài để các chùm sáng truyền đi và tách rời. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các quang phổ kế nhỏ, chỉ đo 200 micromet ở mỗi bên (khoảng một phần 20 diện tích của đầu bút bi) và đủ tinh tế để nằm trực tiếp trên cảm biến từ một máy ảnh kỹ thuật số thông thường.
Kích thước nhỏ đó là có thể bởi vì các nhà nghiên cứu dựa trên thiết bị của họ dựa trên các vật liệu được thiết kế đặc biệt, buộc ánh sáng tới phải dội lại nhiều lần trước khi chạm tới cảm biến. Những phản xạ bên trong kéo dài con đường mà ánh sáng truyền đi mà không cần thêm số lượng lớn, tăng độ phân giải của thiết bị.
Và các thiết bị đã thực hiện hình ảnh siêu âm, giải quyết hai hình ảnh riêng biệt (của các số 5 và 9) từ một ảnh chụp của một hình chiếu chồng lên nhau kết hợp cặp đôi thành một thứ không thể phân biệt bằng mắt thường.
Bây giờ nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tăng độ phân giải quang phổ của thiết bị cũng như độ rõ nét và rõ nét của hình ảnh mà nó chụp được. Những cải tiến đó có thể mở đường cho các cảm biến được tăng cường hơn nữa.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Wisconsin-Madison . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :