量子光波仪运用了那些技术？
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发布时间：2022-04-22 10:42
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时间：2023-10-23 11:59
用手机拍一下
就能知道
牛奶是否变质？
户外PM2.5指数是多少？
自己身体是否 健康 ？
这就是中关村示范区前沿技术企业
研发的微型光谱仪
通过对量子点纳米材料的创新应用
他们将实验室里昂贵且庞大的科学仪器
放在了手机镜头上
使得这项神奇的功能
即将成为现实
关于芯视界：芯视界（北京） 科技 有限公司是一家来自中关村示范区的高新 科技 企业。成立至今，芯视界通过不断的技术革新和应用 探索 ，开启以“量子点光谱传感技术”解码万物的新时代；实现对物质的智能化实时实地检测、鉴别和监控。在科研、环保、工业、农业、医疗、食品、教育、航空航天等多个领域，重塑人们的生产和生活方式。未来芯视界将继续推动科学探测、物联网、大数据、AI、深度学习等技术在物质识别、智能探测领域的深入应用，展现 科技 的无限可能。
发现：一双神奇的眼睛
肉眼看上去完全一样的两杯牛奶，要如何分辨他们的营养价值呢？
其实很简单，只要用光谱仪照一下就可以了。在光谱仪的“眼睛”里，这两杯牛奶显示的“颜色”（光波）可能完全不同。
这是因为不同质量和成分的牛奶对光波的反射率不同，所以在光谱仪的视角里两杯牛奶会呈现出不同的光谱图。利用光谱的手段可以快速便捷地分析牛奶中蛋白质、脂肪含量等营养信息。未来，再结合人体的 健康 指征，还能帮助我们选择适合自身体质的牛奶品类。
光谱仪能拥有如此神奇的“眼睛”，在于它对光波的解析与识别。光波是由原子内部运动电子产生的，因此不同的物质发射的光波也不同，这就好像是与生俱来的身份证，是辨别物质最简单也最准确的方式。通常人眼可以分辨的光波范围被称为可见光，而物质时时刻刻所发出的光波中，大多数并不能被人眼分辨，光谱仪却是一双可以分辨所有光波的神奇“眼睛”。
光谱仪作为将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，可以通过对光信息的抓取，以照相底片显影，或电脑化自动显示数值的仪器进行显示和分析，探知物质的成分、含量等信息。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
既然光谱仪这么神奇，功能又非常实用，那为什么在日常生活中没能普及呢？原来，传统的光谱仪受光栅分光的物理原理*，体积就像一台桌上打印机，无法随意搬动，且价格在几十万上下。
有没有什么方法能将光谱仪小型化又经济实惠呢？芯视界（北京） 科技 有限公司创始人鲍捷将量子点与光谱仪相结合， 探索 出了一条光谱仪微型化、传感化的新路子。
创新：重构光谱仪结构
纳米材料及纳米技术的研究与应用，是鲍捷从本科时期就开始研究的领域。
最初，鲍捷主要在做量子点在太阳能电池、光检测器领域的应用工作。他发现，调节量子点大小可以很方便地调节其颜色，这种不同于其他材料的突出特性却并没有在实际应用中得到充分利用。
神奇的量子点：量子点是指由半导体材料制成，形态一般为球形或类球形，稳定直径在2～20 nm的纳米粒子。由于量子点非常微小，通常被制成溶液形态，从本质上来说，它其实就是一种可在微小范围内进行*的光敏半导体晶体。不同大小的量子点所呈现的颜色不同，同时也对应着不同的光学特性，正是基于这一特性，它成了用来辨别物质颜色或光谱的绝佳材选。
既然量子点在紫外区域可以有这样的响应，那么在全波长范围内，是不是也会有这样的响应？根据这个原理，充分利用量子点的可调节性，就可以做成一个光谱仪。经过调查，鲍捷发现这是一条前人从未走过的道路，所以他便将量子点纳米技术和光谱方法进行结合，开始了量子点光谱仪的研究。
时间回到2013年，鲍捷带领团队采用新型量子点纳米材料和纳米技术，制作出了手机摄像头大小的光谱传感器。随后，他们将这一成果公布在了《自然》学术杂志上。经过实验检验，采用量子点光谱传感器技术的新型光谱仪在分辨率、使用范围和效率方面与现有设备性能一致。证明了他们将量子点纳米技术和光谱方法结合，对光谱仪的结构、算法进行重新定义和设计的可行性。
光谱仪终于变小了。鲍捷及其团队自主研发的量子点光谱传感器技术，可以将传统实验室里庞大昂贵的光谱仪成千倍缩小到几毫米平方的尺寸。随着芯片、传感器大规模量产，其价格也可以从原来几十万、几百万降至消费级水平，光谱仪这种只属于科学试验级的重要仪器，有了走入寻常百姓家的希望。
应用：水环境大数据监测溯源
经济的快速发展，城市人口的增多，工业化进程的加快，大量的生活废水、工业污水对环境构成了很大的威胁。对污水进行溯源分析，可以有效了解污水排放的情况并对其进行监控，避免污水源的扩散。
2019年底，北京市水务局在全北京36条大小河流、100个监测点部署了无人化、自动化、快速高效的水质监测微型终端，对入河排水口、闸口、考核断面等多种典型位置开展实时动态监控。
而这些实时监控的核心，是芯视界结合实际应用需求，基于量子点光谱传感技术而研发的水环境实时监测智能终端。它可实现水质实时、原位、在线监测，具有超低功耗、小巧灵活、安装简便、无需试剂、无二次污染等优势。将量子点光谱传感技术的首个产业化成果落地在环保领域，也是芯视界践行 科技 企业 社会 责任的初心。
相比站房式监测和人工采样需要数小时甚至数天才能出具检测结果，水环境实时监测智能终端从数据采集到输出可在几秒钟内完成，真正实现快速高效作业。从数据采集-传输-分析-计算-自动告警-反馈-记录，整个流程依靠芯视界的智能大数据算法自动完成。
此外，芯视界的“河长助手-海淀区河湖水质监测系统”，现已纳入到海淀区“城市大脑”管理平台中，对全海淀100多个水质监测点进行动态监控。在海淀区河道管理所的监测大屏上可以看到，一旦发现有人偷排污水，系统就会第一时间报警提示，并同步至海淀区水务局相关工作人员手机APP上，提醒相关工作人员迅速反应，抓住试图破坏环境的元凶。
今年3月初的一天，海淀区水务局工作人员就在手机上看到有河段报警，显示有污染。按照以往的经验，这个地方的水质应该是很好的。于是工作人员到现场查看，根据报警的位置最终找到是某处井盖错位，导致了水质变化。如果还是以前的工作模式，就很难如此快速地发现问题。
这仅仅是芯视界量子点光谱传感技术在环保领域的一次牛刀小试。
其实，量子点光谱传感器技术不仅可以帮我们检测水质质量，它还可以搭载到卫星上，进行太空 探索 ，可以做成胶囊吞服，无痛苦完成胃镜检测，甚至可以搭载到无人机上，看看哪片土壤的农作物上缺乏微量元素……未来，芯视界将用其独有的量子点光谱传感器技术，开启光谱信息化时代的大门。
