高端技术我们普通人怎么才能在日常生活中用到？

高端技术我们普通人怎么才能在日常生活中用到？

相信不少差友应该都能冒出这两个答案：便宜 + 便捷。

好巧不巧，在最近的青橙奖（ 这奖专为发掘 35 岁及以下中国青年学者 ）名单中，世超就注意到了一个潜在的技术。

推进顺利的话，还真可能会给咱再添一个高科技工具，让手机啥的电子设备，能再多一种新的传感器。

到时候，说不定用手机拍张照，都能辨别饮料含不含糖、鉴定宝石的真假，甚至无创精准测血糖，也将成为可能。

而这个新的 “ 传感器 ” ，就是浙大青年教授杨宗银，搞出来的迷你光谱仪，跟瓶盖一样的大小，价格也从上万块钱打到了 50 块。

Science 的编辑就连用了三个最，来形容这个成果：世界上最先进的材料合成，最高超的实验技巧，最巧妙的算法。

剑桥大学也搬出 “ 超越了牛顿光学实验的极限“ 这样的溢美之词。

而网友们也在青橙奖名单出来后，把杨宗银推上了知乎榜一。

之所以有这么高的评价，其实还是要把光谱仪这玩意儿做小，实在太难了。

而这和光谱仪的原理，脱不开干系。

这么说吧，当年牛顿发现白光在通过三棱镜之后，会被分散成不同颜色。

有了这个灵感之后，科学家们也把光打在了各种物体上，用三棱镜去分析它们透射或反射出来的光线。

结果真有了新的发现，在不同物体色散出来的单色光，在强度上也都不太一样。

而把这些不同强度的单色光画成图像，就是我们一般说的光谱图。。

即使是不同品类的牛奶，光谱图也都有细微的区别

而光谱仪做的事儿，就是捕捉这些物体的光谱特征，画出特定的光谱图。

根据这些特征，专业人员们还能对物质的结构、成分啥的进行一波分析。

现在，经过这么多年的发展，光谱仪也已经不局限在可见光了。

像是红外线、紫外线还有 X 射线等等不可见光，也都有了对应的仪器。

如今，光谱仪的应用范围也是相当广泛，就比如它能检测半导体中硅的纯度，也能检测我们的皮肤增生、头发损伤啥的。

反正是上到天文、半导体、汽车领域，下到食品检测、化妆品分析等等等等，光谱仪都有它的用武之地。

不过这些传统的光谱仪，最底层的逻辑还是牛顿的色散原理，像棱镜、光栅这种笨重的元器件肯定少不了。

要想在这个基础上去缩小光谱仪的尺寸，基本上是没啥戏了。。。

唯一有效的方法，只能是动刀最底层的原理——除了用棱镜、光栅，还能怎么把特定波长的光给分离出来。

从上世纪 90 年代开始，就有不少科学家们专攻这个方向了。

到现在，除了最基础的色散之外，还多出了计算重建、傅里叶变换、窄带滤波这些方法。

科学家们也根据这些方法，整出了不少微型的光谱仪，像是有可以手持的，或者巴掌大小的等等等等。

但有点遗憾的是，这些微型的光谱仪都是用在特定领域的，而且因为技术难度的原因，价格甚至比传统的还要高，随便小小一个就要十多万。

而杨宗银也是个老机械爱好者了，在发现这个赛道后，立马就开始了微型光谱仪的研究。

并且因为有着跨专业的学术背景，本科机械系、硕士光电系。

所以他打算从头手搓一个微型光谱仪，包括最基础的零件设计，以及里面的核心光学元件。

但这可不像手搓一个键盘啥那么容易，毕竟还有好大一部分技术问题等着搞定呢。

根据杨宗银的说法，其中最难的部分是里面的分光、探测元件。

为了搞定这部分，杨宗银把目光，瞄准到了我们上面提到的窄带滤波方法。

他计划弄出一条窄带，让光穿过它，就能被 “ 过滤 ” 成各种颜色的单色光。

然而就是这么个玩意儿，花了他八年的时间。

在博士的前三年里，光是做失败的器件，就有 150 来个，遇到瓶颈的他，还搁置了一段时间。

终于在 2018 年，他整出了那个理想的窄带。

它也有个拉风的名字，叫做：彩虹渐变半导体纳米线。

它只有头发丝的千分之一粗细，但捕获起光线来，效率却奇高。

这是因为纳米线各段的材料，都是完全不同的，主打的就是一个渐变。

线一端是 CdS （ 硫化镉 ），另一端是 CdSe （ 硒化镉 ）。

中间填上的，则是两种材料的过渡，也就是让化合物中硫元素慢慢减小，硒元素慢慢增多。

这样一来，能响应不同波段的材料，就像是彩虹一样聚在了一条线上。

根据杨宗银的说法，只要替换上合适的材料，光谱仪就能像圆珠笔换笔芯一样，把工作波段从可见光，拓展到中红外光上。

反正保证整条纳米线是渐变的就行。

而在成果发表之后，杨宗银也没停下来，他还打算把研究出的微型光谱仪，塞进手机或者手表里面。

根据 DeepTech 的消息，经过最近几年的改进，新微型光谱仪的制备流程，已经逐渐标准化了。

估计造一个这样的光谱仪，成本只要十块钱不到。

当然，由于还是实验室的成果，世超估计距离大规模的量产，还得静下心再等等。

不过就现阶段来说，这成果已经是巨大的飞跃了。

包括杨宗银自己也很期待，未来大伙们会用微型光谱仪做出哪些应用，整出哪些花活儿。

而世超觉得就像当初计算机的历史一个样。

在计算机还用电子管的时候，一台机子就要占掉两个教室的空间，而且应用领域也很狭窄，都是一些军事场景。

但后来晶体管出现，直接在计算机领域来了场革命，随着芯片领域的发展，计算机的体积和成本也跟着一路猛降。

到上世纪末尾，计算机就已经进入不少普通人的家里了。

而世超也相信，等技术发展成熟之后，微型光谱仪集成到我们的电子产品中也都是洒洒水的事儿。

撰文：松鼠 编辑：江江 & 面线 封面：萱萱

图片、资料来源：

知乎，浙大青年学者杨宗银失败 150 次后开发出世界最小光谱仪，外媒称超越牛顿光学实验极限，如何看待这一研究？

杭州日报，研制出世界最小光谱仪，这位浙大研究员是如何做到的？

中国光学，微型光谱仪的 30 年进展

DeepTech，8年历经150次失败，浙大青年科学家用“彩虹”造出全球最小光谱仪，将成本降低数千倍

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