科研资讯

中国科学技术大学研究团队成功研制出分布式光纤地震传感设备

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈旸、赵东锋团队与地球和空间科学学院王宝善、姚华建团队合作，成功研制出具有自主知识产权的分布式光纤声波/振动传感（DAS）系统，该设备可使用现有通信光缆进行地震监测、地质灾害预测、地下结构成像、城市地下空间探测等。

DAS设备自2021年6月部署在合肥紫蓬山进行连续观测以来，已成功监测到6月4日安徽定远2.3级地震、7月22日安徽宣城2.7级地震、7月24日菲律宾6.6级地震、8月5日台湾省宜兰县5.8级地震等。

研究团队通过对DAS专用激光光源、后向瑞利散射光与本振光的相干探测、拍频信号相位解调以及系统软件算法等关键技术进行攻关，研制成用于高分辨率地震监测和成像的分布式光纤声波/振动传感设备。该设备监测频率范围为10 mHz～20 kHz，定位精度为3.5 m，监测长度达40 km。该系统可以利用现有的通信光缆进行地震监测、地质灾害预测和城市地下空间探测等，服务国家防灾减灾重大需求和城市规划发展。

中科院发展出融合水环境模拟与图像分析的水体浊度新型监测方法

水体浊度/透明度是影响河湖水生态系统健康的重要因素，对其进行高效快捷监测是水环境管理的迫切需求。中科院南京地理与湖泊研究所黄佳聪、高俊峰等发展出一种针对河湖水体浊度的新型监测方法，该方法深度融合了贝叶斯实时建模与图像分析等交叉学科的研究技术，构建了基于后台数据库实时提升浊度监测可靠性的创新模式，实现了基于不同型号手机图像的水体浊度高效快捷监测，拓展了水环境模拟技术在水质监测领域的应用。

研究工作得到中科院青年创新促进会、国家自然科学基金等的支持。2021年8月，该研究成果以“A Novel Framework to Predict Water Turbidity Using Bayesian Modelling”为题发表在Water Research上。

通过对长江、黄河、珠江、太湖等河湖的野外现场校验结果表明，该方法可有效监测河流、湖泊、沟塘等自然水体的浊度。与传统监测方法（浊度仪等）相比，新型监测方法具有高效便捷、监测精度智能提升的优势，有望在监测仪器自主研发、水环境智能监测、环境大数据挖掘等领域发挥重要作用。

山东大学发布极限测温超过2000 ℃的超高温传感器

山东大学晶体材料国家重点实验室与中北大学研究团队合作，通过第一性原理计算辅助材料设计并利用激光加热基座技术（LHPG），成功制备出高熔点（＞2100 ℃）、大长径比的尖晶石结构MgAl2O4及其格位掺杂的系列单晶光纤，并将其作为超声波导光纤，成功研制出测温极限＞2000 ℃的抗氧化高温传感器，为恶劣环境下超高温探测开辟了崭新的发展思路和技术途径。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、引智基地和晶体材料国家重点实验室等支持。相关研究成果以“Design and Directional Growth of (Mg1-xZnx)(Al1-yCry)2O4Single-Crystal Fibers for High-Sensitivity and High-Temperature Sensing Based on Lattice Doping Engineering and Acoustic Anisotropy”为 题，2021年7月30日发表于材料科学领域国际著名期刊

Advanced Functional Materials。

研究团队将抗氧化的MgAl2O4不同型号单晶光纤与超声波导测温技术相结合，弥补了传统贵金属热电偶测温技术在强氧化环境中稳定性较差、成本高等的材料短板，以及红外测温技术背景辐射干扰大、难以精准探查物体内部温度等局限性。

该研究通过设计晶体光纤的格位组分和结晶取向，优化了单晶光纤的高温声学特性，大幅提升了传感器的灵敏度及分辨率。该高温传感器在500 ℃下的温度分辨率为1 ℃，1200 ℃下的温度分辨率可达0.74 ℃，其性能随温度升高呈明显上升趋势，展现出该材料体系在超高温环境下的巨大应用潜力。

深圳先进院在可调谐碳点发光及可视化pH传感研究中获进展

2021年7月23日，中 国 科 学 院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所微纳中心金宗文团队在Chemistry of Materials上发表了以“Red/Green Tunable-Emission Carbon Nanodots for Smart Visual Precision pH Sensing”为题的最新研究成果。该研究工作得到了深圳市基础研究面上基金、深圳市可持续发展计划、陕西省自然科学基金、国家自然科学基金、中国博士后基金等项目的支持。

研究人员从有机化学的角度证实了可以从源头上通过简单修改碳源的分子结构（仅引入甲基或者叔丁基）调节最终碳点的发光性质，最终优化得到的碳点材料表现出罕见的极酸敏感性。通过简单调节pH值为1、2 或 3，所得碳点溶液依次呈现易分辨的红色、橙色、绿色荧光变化，可实现裸眼可视化pH检测。易区分的颜色变化结合比率计式荧光光谱变化，提高了裸眼检测分辨率（分辨率高达0.2 pH单位），远高于目前商用精密pH试纸的分辨率。

结合智能手机，研究人员进一步开发出了一种便携式、低成本、快速、精准的pH检测方法，可满足即时检测 （POCT）的要求。此外，鉴于红、橙、绿三色荧光的可逆可调，一种简单但有效的“分子信号交通灯”也被设计出来。结合其独特的pH依赖光致发光特性，该碳点被进一步应用于防伪和信息加密领域，并实现了“阅后即焚”等加密技术。

俄罗斯科研人员用纳米圆盘制成柔性光学传感器，可监测结构中的变形

俄罗斯克拉斯诺亚尔斯克科学中心和西伯利亚联邦大学的科研人员从理论上研究纳米圆盘二维光栅光学特性，并提出可监测结构形变的光学传感器模型。该研究成果发表在《纳米材料》杂志上。

该设备的工作原理基于在变形过程中结构谐振波长的变化。研究人员发现，光栅在两个相互垂直的方向被压缩和拉伸时的光学反应不同，被压缩时，共振波长没有变化，但被拉伸时，可以观察到产生移动。这种器件的灵敏度由结构变形系数相对于谐振波长的差异决定。

该设备应用范围决定了其必须具有高弹性，因此，研究人员建议将纳米颗粒置于凝胶基质中或植于柔性基材上，例如聚二甲基硅氧烷薄膜上。利用这些高弹性材料，使传感器看起来像软物质或活体组织，根据光栅的变化和相应的光谱偏移，监测结构变形。

这种结构利用其光栅变形进行监测，而纳米粒子本身没有发生改变，从而保证其高灵敏度。采用此种方法，极大地减少了设备技术难度，并且降低了成本。

日本研发出小型化、集成化的量子传感器

由东京工业大学和产业技术综合研究所组成的研究团队，成功研发出使金刚石制造的量子传感器实现小型化和集成化的技术，该技术能够捕捉到非常微小的磁力变化。

在技术层面，量子传感器使用了以金刚石作为原材料的半导体元件制造技术，能够通过电信号读取到微小的磁力变化数值。实验显示，上述半导体元件受激光照射而产生的电流会因磁力作用而发生变化，这就确认了量子传感器功能得以实现。

由于上述用金刚石制造的量子传感器能够对大脑或神经活动产生的微小磁力变化进行检测，所以将有望应用于对大脑状态及大脑活动进行深入精细的研究，以阐明大脑活动机理，预防神经性疾病。