大氣中超細顆粒物的檢測首次有了低成本便攜式利器。近日，北京大學物理學院肖云峰研究員和龔旗煌院士帶領的課題組，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到10納米。

顆粒物的高靈敏傳感檢測在環(huán)境監(jiān)控、國家安全和生化研究等方面具有重要意義?；诠鈱W方法的傳感技術具有非物理接觸、易于操作且靈敏度高等優(yōu)勢，故而傳統(tǒng)光纖傳感器已在高靈敏檢測領域“大顯身手”。

肖云峰對科技日報記者解釋：“國際學術界研究表明，當光纖直徑減小至光波長量級時，光纖外部產生顯著的倏逝場（尺度約在百納米量級），其對周圍環(huán)境的微弱變化極為敏感，因此，可利用顆粒物在倏逝場中的散射效應，實現(xiàn)對超細顆粒物的傳感與尺寸分布測量?！?/span>

據肖云峰介紹，在新研究中，他們首先精確地計算了散射效率與散射體尺寸和光纖直徑的關系，預測了納米光纖傳感器的最優(yōu)幾何尺寸和探測極限；隨后進行了高靈敏度的納米光纖陣列的設計和制備，并通過優(yōu)化光纖模式，實現(xiàn)了單個標準聚苯乙烯納米顆粒的傳感和測量，粒徑分辨率達10納米。

課題組利用這一傳感器對2015年和2016年北京冬季大氣細顆粒物進行了持續(xù)監(jiān)測，直接獲得了百納米尺度細顆粒物的粒徑分布信息及實時演化圖，以此數據為基礎計算得到的細顆粒物質量濃度數據與官方公布的數據趨勢符合良好，展示了此成果具有較高的應用價值。

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、操作簡單、便于攜帶，可快速精準地檢測出大氣中的超細顆粒物，有望為環(huán)境保護和霧霾形成機理研究提供一種新的工具?！?/span>

這項成果發(fā)表在重要光學期刊《光：科學與應用》上，研究得到了國家自然科學基金委、科技部等的支持。