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暨南大学团队开发芯片级中红外光谱传感技术 为便携式物质检测提供新方案
2025年08月28日 13:54:28
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：6103
近日，暨南大学研究团队在《PhotoniX》发表了一项基于热发射超构表面的芯片级中红外光谱传感技术。该技术通过创新的光源端调控策略，将光源、准直光路与色散元件功能集成于单一芯片，实现了系统微型化突破。
中红外光谱技术因其能够通过独特的分子吸收特征精确识别化学物质，在环境监测、生物医学及工业分析等领域具有核心作用。然而，传统中红外光谱设备通常体积庞大、结构复杂且成本较高，难以适用于日益增长的现场快速检测和物联网应用需求。实现光谱系统微型化的关键，在于提高光学元件、探测器与光源的集成度。
近日，暨南大学陈沁、文龙研究团队在《PhotoniX》发表了一项创新研究成果，提出了一种基于热发射超构表面的芯片级中红外光谱传感方法，为解决中红外光谱系统微型化难题提供了新的技术路径。
与当前主流微型光谱技术多依赖于色散元件或探测器端光谱响应调控不同，该研究首次从光源端入手进行系统集成。团队设计了一种具有波长选择性的超构表面热发射器阵列，通过对其热辐射成像并分析被物质吸收后的强度分布，即可获取物质的化学成分信息。该超构表面表现出良好的角度不敏感性，成像角度容差超过±40°，显著提高了实际使用的便捷性和稳定性。
研究团队采用金属-介质-金属微结构阵列成功实现了高发射效率、窄线宽和广角度兼容的热发射特性，覆盖8-14μm的中红外波段。该系统通过标准微加工工艺制备于硅基片上，利用半导体加热片控制温度，并采用低成本热像仪进行成像。图像数据可通过手机采集，再经算法解码实现物质识别与定量分析。
在实验中，团队利用单模和双模共振超构表面发射器，成功完成了对有机溶剂的分类、药品识别以及混合溶液浓度测量等任务，均表现出较高的准确度。尤其值得注意的是，系统无需额外的光学准直部件，即便在较大倾斜角度下成像，仍能保持分析精度。研究还展示了该技术对覆盖聚乙烯的钢环进行光谱成像的能力，显示出其在无损检测领域的应用潜力。
该项研究体现了多学科交叉融合的创新特点，结合了超构表面光场调控与图像信息编解码技术，将物质的光谱吸收信息转换为可被直观成像和解码的“热学二维码”，实现了“拍立得”式的快速传感分析。
业界认为，该技术首次在一个芯片上整合了传统光谱仪中的光源、准直和色散三大功能模块，突破了中红外光谱系统在微型化、集成化和成本方面的关键瓶颈，为开发便携式高性能光谱检测设备提供了全新思路。研究团队指出，通过进一步缩小超构表面结构并降低通道间串扰，未来有望发展出更高精度的中红外光谱成像芯片，推动智能感知技术在多个领域的应用。
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