量子点可以吸收不同波长的光,我国仪器研发能力不俗

仪器制造能力代表着国家的先进生产力,提升仪器行业的自主创新能力,是我国实现“制造”到“创造”的必经之路。  1980年到2015年,中国经济实现了平均每年8.7%的高速增长,然而2013年以来,中国经济增速下降到6%-7%。随着改革进入深水区,贸易保护主义抬头,以及人口红利的逐渐消失,未来我国如果想要实现经济增长必须更多地依靠劳动生产率的提高。  我国人口基数庞大,为了更快速地筛选优质生源,应试教育成为了唯一途径,长期以往培养出的学生只会考试,却不懂得如何创新。反观我国仪器企业,也是相同道理,我仪器企业发展容易走两级化道路,即“富的人先富了,穷的人还是穷”,一些龙头企业占据行业领先地位,一直以来主导着我国仪器市场的平衡,而众多中小型企业则因为没有核心竞争力,往往容易被市场所淘汰,难以生存。  之所以造成这样的局面,两大问题不容忽视,一个是企业自身的能力不足,另一个则是“中国企业不尊重知识产权”。“山寨”一词在各行各业屡见不鲜,无论是小说题材,还是流行歌曲,或是仪器制造,都逃不开“模仿”的影子。国家知识产权局中国专利技术开发公司李荣昌处长曾发表了《企业专利战略》讲话,其中就提到专利技术对于企业生命力的重要性,即申请专利可以帮助企业在市场竞争中采取主动权,确保生产和销售的安全性,同时对增加企业无形资产,增强公司产品竞争力也有重要作用。  为了更好的保护企业利益,近年来,我国在专利申请保护领域做了许多工作,以光谱仪的专利态势为例,2008年开始增长逐渐加大,在2015年专利数量达到3220件,包括发明专利、实用新型专利和外观设计三类;但反观2015年总专利数量200万件,可以发现,光谱仪专利占据的份额仍旧较小;从地区来说,北京、江苏、广东等地的专利数量较多。另一代表性仪器——色谱仪,2015年专利数量为1084件,近5年内色谱仪申请专利的主体大致分布为:企业56%、科研单位14%、高校18%、个人和其他占12%,其中,公开专利企业排名前十的包括了岛津、聚光、盛瀚、华爱色谱等知名企业。  除了知识产权之外,则回到了那个最原始的问题——创新。近年来,中国制造业的崛起,让众人看到了创新力的希望,其中,离不开国家的研发投入,随着我国科研人员和用于每位科研人员的经费快速增长,专利的数量和质量也在稳步提高。如何进一步实现产业创新?在我国,相对效率更低的国企却做了太多研发,效率更高的私企却研发不足。如果能够纠正这一资源错配的现状,我国制造业的生产率增速或能增加33%-50%,能否实现以及如何实现更加合理的研发资源配置,对于中国未来能否在不利的结构性因素下保持高速增长至为关键。  如果说创新研发能力是企业成长的内在要素,那品牌打造就是企业外在的实力体现。一直以来,我国品牌意识薄弱,忽略品牌打造,即便研发实力有所提升,一旦进入市场,其溢价能力差,无法在现有基础上筑造市场影响力,这也制约了中国制造业向“中国创造”的飞跃。我国仪器研发能力不俗,如果能够改善错配现象,重视品牌建设,未来,我国仪器行业还将释放出巨大的创新潜力。
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Mahmooda
Sultana,是NASA哥达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的工程师,他正在与麻省理工学院的化学教授Moungi
Bawendi合作,开发一个基于新兴量子点技术(Bawendi团队开发)的成像光谱仪原型机。  提高技术水平,天基量子点光谱仪越来越小型化  美国宇航局的技术专家与一项新的纳米技术的发明者进行了合作研究,该技术能够转变太空科学家建造光谱仪的方式。光谱仪是所有科学领域用来测量光(天体发出的,包括地球的)的特性的最重要装置。  美国宇航局的中心创新基金为这项具有开创性的、高风险技术提供了资金支持。  量子点是上世界80年代早期发现的一种半导体纳米晶体。肉眼不可见,根据它们的尺寸、性质和化学成分,量子点可以吸收不同波长的光。该技术有望应用于依赖光分析的领域,包括智能手机摄像头,医疗设备和环境测试设备。  “这是该技术领域的新发现,”
Sultana说。她所指的是,她认为能够让天基光谱仪小型化和革命化的技术,尤其是那些应用于无人飞行器和小型卫星上的光谱仪。“它确实可以简化仪器的集成。”  吸收光谱仪,顾名思义,根据它们吸收的光的频率或波长可以测量光的吸收,因为它们能够与样本相互作用,如大气气体。  穿透样本或与样本相互作用之后,光线到达光谱仪。传统的光谱仪利用光栅、棱镜或干涉滤光片将光分解成其组成成分的波长(它们的探测器像素),然后探测产生光谱。光谱吸收的越强,特定化学物质存在的就越多。  由于设备小型化,天基光谱仪越来越小型化,但是它们的尺寸仍然较大。Sultana说:“高光谱分辨率对于利用光栅和棱镜的设备来说需要长的光路。这就导致的设备体积大。而量子点就像过滤器一样,根据它们的尺寸和形状吸收不同波长,我们可以建造一个体积小的设备。换句话说,你可以不用光学零件,如光栅、棱镜、干涉滤光片。”  同样重要的是,该技术能够让仪器开发人员产生几乎无限数量的不同量子点。当它们的尺寸减小时,量子点吸收的光的波长也将减少。“这样就可以产生一个持续可调的,独立的一组吸收滤波器,其中每个像素都是由特定尺寸、形状或成分的量子点组成。我们可以精确控制每个量子点的吸收。我们就能够定制仪器,用高光谱分辨率来观察不同波段。”  有了NASA的技术支持,通过热真空和振动试验,Sultana正在开发论证一个对可见光(太阳和极光成像必需的)敏感的20-by-20量子点阵列。该技术可以扩展到更广的波长范围,从紫外光到中红外光,这些光线在地球科学、太阳物理学和行星科学等许多空间应用中都可以找到,她说。  通过协作,Sultana正在为立方体卫星应用开发一个概念仪器,麻省理工学院的博士生Jason
Yoo正在研究一项技术,合成不同易制毒化学品来创建量子点,然后将它们打印到合适的承印物上。“最后,我们想要将量子点直接打印到探测器像素上,”她说。  “这是一项非常新颖的技术,”
Sultana补充道,不过她也承认现在还处于开发的早期阶段。“但是,我们正在努力,快速地提高技术水平。将会有几个太空科学任务从这项技术中受益。”  
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欧盟第七研发框架计划提供415万欧元资助,总研发投入550万欧元,由欧盟6个成员国爱尔兰、意大利、法国、德国比利时和罗马尼亚的跨学科科技人员组成LANIR科研团队,成功突破纳米尺度高清晰红外显微成像技术。  目前市场上商用的红外显微成像技术,分辨率在50-100微米(μm)之间,在研究细胞内部结构高清晰显微成像方面受到局限。  科研团队利用目前世界上最先进的红外显微技术,结合红外光谱仪技术,成功将分辨率提高到70纳米(nm),提高近1000倍,意味着实现了人类组织细胞内部高清晰显微成像技术的突破,可有效实时观测细胞内部的生化演变过程。例如,新技术突破有助于阿尔茨海默氏症和肺癌等疾病的早期诊断,也有助于进一步深入研究石墨烯(100纳米)和硒化铅半导体(100纳米)等新兴纳米材料。  科研团队已成功开发出更紧凑、更简便操作和更快捷的纳米红外显微成像仪原型。预期的主要应用领域:材料科学、生物化学、细胞病理学和细胞分子生物学,也可应用于工业产品的质量检测,如抗菌纺织物和生物金属植入物功能涂层的检测等。  
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