最近,盧景琦帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)剛剛完成了一項(xiàng)研究,用納秒、飛秒以及雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(俗稱激光探針)分別對(duì)18組標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行了成分和熱值分析。這一研究成果已于近期在《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》在線發(fā)表。盧景琦感嘆,飛秒激光探針在未來的在線快速檢測領(lǐng)域大有可為。
盧景琦科研團(tuán)隊(duì)正在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)
“簡單的說,就是用激光打到樣品上,激發(fā)出等離子體。然后,通過測等離子體的光譜,來獲得樣品中的元素成分和含量,這項(xiàng)技術(shù)就是激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。”盧景琦說:大家形象的把它稱為“激光探針”。
激光探針是一種新興的光譜分析技術(shù),具有檢測方便、速度快、制樣簡單、可以多元素實(shí)時(shí)在線檢測等優(yōu)勢。近十年來激光探針應(yīng)用研究在石油化工、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、食品安全、礦產(chǎn)探測、文物考古等多個(gè)領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。
2017年,盧景琦帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始應(yīng)用激光探針對(duì)煤炭質(zhì)量進(jìn)行快速檢測的研究。
火電廠用煤做燃料,然而煤炭的質(zhì)量決定了燃燒的效率和污染排放的程度,所以火電廠需要根據(jù)煤的質(zhì)量來調(diào)整鍋爐的參數(shù),以提高燃燒效率達(dá)到節(jié)能減排的效果。盧景琦介紹,為了實(shí)現(xiàn)在線檢測,激光探針還沒有出來之前,電廠曾用過中子活化技術(shù),利用中子放射源發(fā)射中子激發(fā)出γ射線來檢測煤炭中元素和含量。但由于中子源屬于放射性物質(zhì),需要專門機(jī)構(gòu)來管理,設(shè)備和維護(hù)成本都很高,企業(yè)往往不愿意使用。
他們研發(fā)出納秒激光探針,已用于煤炭質(zhì)量快速檢測,只需幾分鐘時(shí)間便可以得到結(jié)果。盧景琦說,現(xiàn)在納秒激光探針已經(jīng)是一項(xiàng)成熟技術(shù),其中的核心設(shè)備納秒激光器也越來越便宜了,進(jìn)口的也就20萬元左右。
“最新的研究成果是納秒、飛秒以及雙脈沖激光探針的比較研究,納秒、皮秒、飛秒脈沖時(shí)間都很短,納秒是10-9量級(jí)的,到了飛秒速度特別快,10-15量級(jí),還沒等各種熱效應(yīng)起來的時(shí)候激發(fā)就結(jié)束了,這種超短的時(shí)間特性,使得飛秒激光探針能夠很好地避免基體效應(yīng)和分餾效應(yīng)?!北R景琦說:從原理上來看,飛秒激光探針應(yīng)該定量更準(zhǔn)、測量更快,對(duì)樣品損傷更小。
但是由于國外飛秒激光器價(jià)格昂貴、體積超大,盧景琦研制飛秒激光探針在線檢測的想法一直無法實(shí)現(xiàn)。2018年一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)得知武漢虹拓新技術(shù)公司自主研發(fā)的小型飛秒激光器取得突破,盧景琦第一時(shí)間與武漢虹拓飛秒激光器研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作,開發(fā)出可用于煤炭在線檢測的飛秒激光探針。在對(duì)18個(gè)含有不同熱值的標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行熱值定量分析后,證明飛秒激光探針比納秒激光探針具有更小的連續(xù)背景噪聲、單發(fā)脈沖光譜強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差更小,說明穩(wěn)定性更高,可重復(fù)性更好,也更加精準(zhǔn)。
盧景琦一直致力于激光技術(shù)及激光應(yīng)用領(lǐng)域的研究開發(fā),曾在跨國公司做了6年多的生物成像產(chǎn)品研發(fā),對(duì)于激光技術(shù)的應(yīng)用和精密光學(xué)儀器設(shè)計(jì)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。盧景琦還將飛秒激光探針用于土壤檢測試驗(yàn),用于分析土壤中的重金屬污染。他說,應(yīng)用的領(lǐng)域非常多,比如油井礦物成分的分析,以及水資源、空氣污染的檢測等等。國家現(xiàn)在對(duì)土壤監(jiān)測需求量特別大,把土壤樣品都送到實(shí)驗(yàn)室去檢測比較麻煩,盧景琦設(shè)想將來做一套車載系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)檢測。
“這是一個(gè)具有巨大潛力的產(chǎn)業(yè),也是各國正在搶占的技術(shù)高地?!北R景琦非??春蔑w秒激光探針技術(shù),他對(duì)科技日報(bào)記者說,隨著以武漢虹拓為代表的我國自主飛秒激光器的創(chuàng)新突破,價(jià)格會(huì)大幅降低,飛秒激光探針的普及指日可待。他希望國內(nèi)通過產(chǎn)學(xué)研集群式創(chuàng)新,加快飛秒激光探針在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,從而打造中國自主領(lǐng)先的飛秒激光探針產(chǎn)業(yè)。
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