«Эта работа может иметь ряд потенциальных применений, включая улучшение анализа скважинного бурения в нефтегазовой отрасли и расширение спектра солнечного света, который можно собирать и преобразовывать в электричество», — сказал Вэй-Чуан Ши, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. в UH и ведущий автор статьи с описанием открытия, опубликованной 22 июня в Nano Letters.«С научной точки зрения, это совершенно новое открытие — возбудить плазмонный резонанс в ближней инфракрасной области и заставить его работать на нас», — сказал он.Это означает, что вещества, которые не могут быть точно измерены датчиками, работающими в инфракрасном спектре, теперь могут быть изучены гораздо более подробно, чем те, которые предоставляются современными методами, использующими ближний инфракрасный спектр.
Помимо Ши, в число других авторов входят исследователи, получившие докторскую степень, Грегги М. Сантос и Усама Зенасни, а также аспиранты Фушенг Чжао и М.Д. Масуд Парвез Арноб.
Спектроскопия с использованием инфракрасного спектра — аналитический метод с использованием инфракрасного света для сканирования и определения химического состава органических, полимерных и некоторых неорганических материалов — является важным инструментом, но у него есть ограничения. Инфракрасный свет поглощается водой, поэтому этот метод не работает с образцами на водной основе.Сканирование в ближнем инфракрасном диапазоне совместимо с водой, но современные методы менее чувствительны, чем методы, использующие другие длины волн.
«Чтобы преодолеть эти барьеры, мы разработали новую технику для одновременного измерения химического состава и показателя преломления в диапазоне длин волн 1-2,5 мкм в ближнем инфракрасном диапазоне на дисках из нанопористого золота (NPG), которые имеют плазмонные горячие точки высокой плотности. локализованное усиление электрического поля ", — пишут исследователи. «Впервые спектроскопия поверхностного поглощения в ближней инфракрасной области (SENIRA) была продемонстрирована для высокочувствительного химического обнаружения».Ши сказал, что работа с ближним инфракрасным светом — это обычно «палка о двух концах», поскольку его можно использовать с образцами на водной основе, но не дает необходимых деталей. «Мы показали, что вода не является проблемой, но мы также можем увеличить чувствительность того, что мы хотим измерить, в 10 000 раз», — сказал он.Он и сотрудники его лаборатории работали с нанопористыми золотыми дисками с момента открытия структуры в 2013 году.
Для этого проекта он сказал, что они «настроили» или спроектировали нанодиски так, чтобы они реагировали на воздействие определенных длин волн, что позволило разработать сенсорную систему. техника с преимуществами как инфракрасного, так и ближнего инфракрасного сканирования.Этот метод был протестирован с различными образцами сырой нефти и других углеводородов, и Ши сказал, что он может быть полезен при анализе скважинных флюидов, который использует ближнюю инфракрасную спектроскопию для анализа материала, обнаруженного глубоко в скважине.
Этот метод позволяет бурильщикам быстро узнать, что находится под землей или на морском дне, но он сказал, что новый метод может упростить процесс, поскольку для анализа требуется меньший образец, что является очевидным преимуществом при лабораторной характеризации.Оливер К. Маллинс, научный консультант Schlumberger и первый разработчик анализа скважинных флюидов, сказал, что это открытие имеет потенциал как для лаборатории, так и для месторождения.«Оптическая спектроскопия внесла значительный вклад в нефтегазовую промышленность, помимо лабораторных исследований», — сказал он. «В частности, анализ флюидов в нефтяных скважинах на основе вибрационных обертонов и электронного поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра стал отраслевым стандартом в каротажных исследованиях скважин на кабеле.
SENIRA открывает захватывающие перспективы для потенциально более совершенной сенсорной технологии в обеих областях. и лабораторные настройки ".Ши сказал, что исследователи думают о новых способах делать что-либо, используя эту технику. «Мы можем много печатать с помощью крошечного количества масла».
Хотя в статье используется анализ углеводородного состава в качестве примера того, как этот метод может быть применен, Ших сказал, что его можно применить к любым молекулярным видам. По его словам, это широкое потенциальное использование, в дополнение к новизне техники, является причиной того, что Nano Letters опубликовали статью.