科研資訊

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團隊成功研制出分布式光纖地震傳感設(shè)備

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心陳旸、趙東鋒團隊與地球和空間科學(xué)學(xué)院王寶善、姚華建團隊合作，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分布式光纖聲波/振動傳感（DAS）系統(tǒng)，該設(shè)備可使用現(xiàn)有通信光纜進行地震監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測、地下結(jié)構(gòu)成像、城市地下空間探測等。

DAS設(shè)備自2021年6月部署在合肥紫蓬山進行連續(xù)觀測以來，已成功監(jiān)測到6月4日安徽定遠2.3級地震、7月22日安徽宣城2.7級地震、7月24日菲律賓6.6級地震、8月5日臺灣省宜蘭縣5.8級地震等。

研究團隊通過對DAS專用激光光源、后向瑞利散射光與本振光的相干探測、拍頻信號相位解調(diào)以及系統(tǒng)軟件算法等關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)，研制成用于高分辨率地震監(jiān)測和成像的分布式光纖聲波/振動傳感設(shè)備。該設(shè)備監(jiān)測頻率范圍為10 mHz～20 kHz，定位精度為3.5 m，監(jiān)測長度達40 km。該系統(tǒng)可以利用現(xiàn)有的通信光纜進行地震監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和城市地下空間探測等，服務(wù)國家防災(zāi)減災(zāi)重大需求和城市規(guī)劃發(fā)展。

中科院發(fā)展出融合水環(huán)境模擬與圖像分析的水體濁度新型監(jiān)測方法

水體濁度/透明度是影響河湖水生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因素，對其進行高效快捷監(jiān)測是水環(huán)境管理的迫切需求。中科院南京地理與湖泊研究所黃佳聰、高俊峰等發(fā)展出一種針對河湖水體濁度的新型監(jiān)測方法，該方法深度融合了貝葉斯實時建模與圖像分析等交叉學(xué)科的研究技術(shù)，構(gòu)建了基于后臺數(shù)據(jù)庫實時提升濁度監(jiān)測可靠性的創(chuàng)新模式，實現(xiàn)了基于不同型號手機圖像的水體濁度高效快捷監(jiān)測，拓展了水環(huán)境模擬技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學(xué)基金等的支持。2021年8月，該研究成果以“A Novel Framework to Predict Water Turbidity Using Bayesian Modelling”為題發(fā)表在Water Research上。

通過對長江、黃河、珠江、太湖等河湖的野外現(xiàn)場校驗結(jié)果表明，該方法可有效監(jiān)測河流、湖泊、溝塘等自然水體的濁度。與傳統(tǒng)監(jiān)測方法（濁度儀等）相比，新型監(jiān)測方法具有高效便捷、監(jiān)測精度智能提升的優(yōu)勢，有望在監(jiān)測儀器自主研發(fā)、水環(huán)境智能監(jiān)測、環(huán)境大數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

山東大學(xué)發(fā)布極限測溫超過2000 ℃的超高溫傳感器

山東大學(xué)晶體材料國家重點實驗室與中北大學(xué)研究團隊合作，通過第一性原理計算輔助材料設(shè)計并利用激光加熱基座技術(shù)（LHPG），成功制備出高熔點（＞2100 ℃）、大長徑比的尖晶石結(jié)構(gòu)MgAl2O4及其格位摻雜的系列單晶光纖，并將其作為超聲波導(dǎo)光纖，成功研制出測溫極限＞2000 ℃的抗氧化高溫傳感器，為惡劣環(huán)境下超高溫探測開辟了嶄新的發(fā)展思路和技術(shù)途徑。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、引智基地和晶體材料國家重點實驗室等支持。相關(guān)研究成果以“Design and Directional Growth of (Mg1-xZnx)(Al1-yCry)2O4Single-Crystal Fibers for High-Sensitivity and High-Temperature Sensing Based on Lattice Doping Engineering and Acoustic Anisotropy”為 題，2021年7月30日發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊

Advanced Functional Materials。

研究團隊將抗氧化的MgAl2O4不同型號單晶光纖與超聲波導(dǎo)測溫技術(shù)相結(jié)合，彌補了傳統(tǒng)貴金屬熱電偶測溫技術(shù)在強氧化環(huán)境中穩(wěn)定性較差、成本高等的材料短板，以及紅外測溫技術(shù)背景輻射干擾大、難以精準探查物體內(nèi)部溫度等局限性。

該研究通過設(shè)計晶體光纖的格位組分和結(jié)晶取向，優(yōu)化了單晶光纖的高溫聲學(xué)特性，大幅提升了傳感器的靈敏度及分辨率。該高溫傳感器在500 ℃下的溫度分辨率為1 ℃，1200 ℃下的溫度分辨率可達0.74 ℃，其性能隨溫度升高呈明顯上升趨勢，展現(xiàn)出該材料體系在超高溫環(huán)境下的巨大應(yīng)用潛力。

深圳先進院在可調(diào)諧碳點發(fā)光及可視化pH傳感研究中獲進展

2021年7月23日，中 國 科 學(xué) 院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所微納中心金宗文團隊在Chemistry of Materials上發(fā)表了以“Red/Green Tunable-Emission Carbon Nanodots for Smart Visual Precision pH Sensing”為題的最新研究成果。該研究工作得到了深圳市基礎(chǔ)研究面上基金、深圳市可持續(xù)發(fā)展計劃、陜西省自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金等項目的支持。

研究人員從有機化學(xué)的角度證實了可以從源頭上通過簡單修改碳源的分子結(jié)構(gòu)（僅引入甲基或者叔丁基）調(diào)節(jié)最終碳點的發(fā)光性質(zhì)，最終優(yōu)化得到的碳點材料表現(xiàn)出罕見的極酸敏感性。通過簡單調(diào)節(jié)pH值為1、2 或 3，所得碳點溶液依次呈現(xiàn)易分辨的紅色、橙色、綠色熒光變化，可實現(xiàn)裸眼可視化pH檢測。易區(qū)分的顏色變化結(jié)合比率計式熒光光譜變化，提高了裸眼檢測分辨率（分辨率高達0.2 pH單位），遠高于目前商用精密pH試紙的分辨率。

結(jié)合智能手機，研究人員進一步開發(fā)出了一種便攜式、低成本、快速、精準的pH檢測方法，可滿足即時檢測 （POCT）的要求。此外，鑒于紅、橙、綠三色熒光的可逆可調(diào)，一種簡單但有效的“分子信號交通燈”也被設(shè)計出來。結(jié)合其獨特的pH依賴光致發(fā)光特性，該碳點被進一步應(yīng)用于防偽和信息加密領(lǐng)域，并實現(xiàn)了“閱后即焚”等加密技術(shù)。

俄羅斯科研人員用納米圓盤制成柔性光學(xué)傳感器，可監(jiān)測結(jié)構(gòu)中的變形

俄羅斯克拉斯諾亞爾斯克科學(xué)中心和西伯利亞聯(lián)邦大學(xué)的科研人員從理論上研究納米圓盤二維光柵光學(xué)特性，并提出可監(jiān)測結(jié)構(gòu)形變的光學(xué)傳感器模型。該研究成果發(fā)表在《納米材料》雜志上。

該設(shè)備的工作原理基于在變形過程中結(jié)構(gòu)諧振波長的變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，光柵在兩個相互垂直的方向被壓縮和拉伸時的光學(xué)反應(yīng)不同，被壓縮時，共振波長沒有變化，但被拉伸時，可以觀察到產(chǎn)生移動。這種器件的靈敏度由結(jié)構(gòu)變形系數(shù)相對于諧振波長的差異決定。

該設(shè)備應(yīng)用范圍決定了其必須具有高彈性，因此，研究人員建議將納米顆粒置于凝膠基質(zhì)中或植于柔性基材上，例如聚二甲基硅氧烷薄膜上。利用這些高彈性材料，使傳感器看起來像軟物質(zhì)或活體組織，根據(jù)光柵的變化和相應(yīng)的光譜偏移，監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形。

這種結(jié)構(gòu)利用其光柵變形進行監(jiān)測，而納米粒子本身沒有發(fā)生改變，從而保證其高靈敏度。采用此種方法，極大地減少了設(shè)備技術(shù)難度，并且降低了成本。

日本研發(fā)出小型化、集成化的量子傳感器

由東京工業(yè)大學(xué)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所組成的研究團隊，成功研發(fā)出使金剛石制造的量子傳感器實現(xiàn)小型化和集成化的技術(shù)，該技術(shù)能夠捕捉到非常微小的磁力變化。

在技術(shù)層面，量子傳感器使用了以金剛石作為原材料的半導(dǎo)體元件制造技術(shù)，能夠通過電信號讀取到微小的磁力變化數(shù)值。實驗顯示，上述半導(dǎo)體元件受激光照射而產(chǎn)生的電流會因磁力作用而發(fā)生變化，這就確認了量子傳感器功能得以實現(xiàn)。

由于上述用金剛石制造的量子傳感器能夠?qū)Υ竽X或神經(jīng)活動產(chǎn)生的微小磁力變化進行檢測，所以將有望應(yīng)用于對大腦狀態(tài)及大腦活動進行深入精細的研究，以闡明大腦活動機理，預(yù)防神經(jīng)性疾病。