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布朗大學工程學院的教授Daniel Mittleman說:“這是一個眾所周知的工具,可以用來研究任何吸收光的材料,但在納米尺度上卻從來沒有使用過。”“我們的工作改進了這項技術的分辨率,因此它可以用來描述單個納米結構。”
通常,以幾十微米的分辨率執行LTEM測量,但是這種新技術使測量能夠降低到20納米的分辨率,大約是傳統LTEM技術以前可能的分辨率的1000倍。
研究人員將太赫茲光譜的分辨率提高了1000倍,使得該技術在納米尺度上有用。
這項研究發表在《ACS光子學》(ACS Photonics)(“納米級激光tera赫茲發射顯微鏡”)上,由米特提曼實驗室的博士后研究員、來自布朗大學化學系的Hyewon Kim和Vicki Colvin領導。
在他們的研究中,該團隊采用了 太赫茲光譜輻射技術,該技術已經用于提高紅外顯微鏡的分辨率。這項技術使用一種金屬針,逐漸變細到只有幾十納米直徑的尖頭,在樣本上方的懸浮顆粒可以被吸收。當樣本被照亮時,一小部分的光直接被捕捉到頂端,這使得成像分辨率大致相當于尖端的大小。通過移動提示,可以創建一個完整樣本的超高分辨率圖像。
克拉斯科夫能夠表明,同樣的技術也可以用來提高太赫茲發射的分辨率。在他們的研究中,她和她的同事們能夠使用 太赫茲光譜排放圖像來成像一個20納米分辨率的黃金納米棒。
研究人員認為,他們的新技術在描述材料的電性特性方面具有廣泛的作用,這是前所未有的細節。
Mittleman說:“ 太赫茲光譜排放已經被用于研究許多不同的材料——半導體、超導體、寬帶隙絕緣子、集成電路等。”“能夠將其降低到單個納米結構的水平是一個大問題。”
Mittleman說,一個可以從這項技術中獲益的研究領域的一個例子是對perovskite太陽能電池的描述,這是一種新興的太陽能技術,由Mittleman在Brown的同事們廣泛研究。
Mittleman說:“perovskites的一個問題是,它們是由多晶顆粒組成的,而谷物邊界限制了細胞的電荷傳輸。”“通過我們能夠達到的分辨率,我們可以繪制出每一粒谷物,以確定不同的排列方式和方向是否對電荷遷移有影響,這將有助于優化細胞。”
紫外線消毒工藝工藝在具有諸多優勢的同時也有缺點,主要的缺點是沒有維持管網持續消毒的能力。歐洲和北美使用紫外線消毒技術存在一定的差別。在歐洲的荷蘭、奧地利和德國等地的一些水廠,飲用水經紫外線消毒后直接進入供水管網,據統計,荷蘭大部分水廠單獨使用紫外線消毒,且管網末梢沒有余氯。
究其原因,歐洲的管網狀況較好,管網系統相對較小,水中可生物同化有機碳較低,為了避免余氯在管網中產生消毒副產物,常單獨采用紫外線消毒。另外一個原因是這些歐洲 通常在緯度較高地區,水溫常年較低,管網中微生物再生長能力弱。而北美的飲用水相關法規規定在自來水中必須存在一定量的余氯,用來控制管網的二次污染問題。我國的情況與美國更相似。根據清華大學的研究成果,在生物可同化有機碳(AOC)低于20μg/L時紫外線后可以不加氯,AOC在50μg/L以上時需維持余氯在0.3mg/L以上。
國內采用地表水源的市政供水系統由于水中有機物含量比較高,因此紫外線需要與氯和氯胺組合使用以保證管網水質的微生物性。但采用地下水的村鎮小規模供水系統則完全可能只采用紫外線消毒,特別是北方水溫較低地區,前提是設計和設備一定要合格。十一五科技支撐計劃的研究成果也完全證明了這一點。
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