能源工業的福音：近紅外技術

材料牛注：最近，來自美國休斯敦大學的科學家發現了一種利用近紅外光來確定材料的化學成分的新興技術。這項技術應用前景巨大，包括提高石油、天然氣等能源行業井下鉆探分析的精度或者擴太陽能的利用范圍。這項研究主要是在Wei-Chuan Shih教授領導下進行研究的，Wei-Chuan Shih教授是休斯敦大學電氣與計算機工程系的副教授，他同時也作為了第一作者將研究成果發表在了Nano Letters雜志上。

“這種研究的原理并不復雜，其實是在近紅外區激發等離子體共振，但這種情況下意味著這種研究無法通過目前的紅外光譜來獲取更為詳細的數據，也無法進行精度較高的測量。” Shih教授針對這項研究發表了自己的看法。

目前，紅外光譜（利用紅外線進行掃描和鑒別有機化學成分的一種分析技術）是分析聚合物和無機材料的重要工具，但是它也有著一些局限性，例如，紅外光會被水吸收，因此水性樣品是無法進行紅外檢測的。而近紅外光掃描與水是兼容的，但目前的技術缺陷是和紅外的波長相比檢測的精度較差。

“為了克服這些困難，我們開發出了一種可以同時分析化學組成和物質折射率的近紅外傳感技術，使用一個多空的金制圓盤分析范圍為1--2.5μm（近紅外波）波長，并通過增強局部電場的強度來激發等離子體進行共振。這也是首次通過增強表面強度的近紅外技術進行高精度的化學檢測。”Shih團隊講述了自己的研究思路。

Shih同時表示利用近紅外技術進行研究失一把“雙刃劍”，其優點是可以用于水基樣品，而且可以進行細節分析，但缺點是為了達到我們要求的精度需要進行10,000多次的測量。

在Shih的實驗團隊中，有成員參加過2013年納米多孔金盤的結構的研究。因此對于這個項目的中的“調諧”或者設計實驗都具有良好的技術支持，這也是他們找到近紅外技術的關鍵。這項技術的發現的實際意義是巨大的。在原油和其他油氣田的開發中，可以直接通過這項技術進行分析井下流體的特性，進而分析這片油田的開采價值。這項技術大大簡化了原來的分析流程，而且節約了成本，對于未來能源產業具有極大的價值。

Oliver C. Mullins，是Schlumberger公司的主要科學顧問，同時也是井下流體分析學說的主要創始人，他對于這項技術未來的潛力和作用大為稱贊。“目前，紅外光譜已經在石油和天然氣工業中做出了巨大的貢獻，其商業價值遠遠大于實驗室中的研究發現。而近紅外技術的出現則是該項領域的一個重大突破，甚至有可能成為未來行業中的技術標準”。

原文鏈接：Researchers discover new chemical sensing technique

論文地址：Simultaneous Chemical and Refractive Index Sensing in the 1–2.5 μm Near-Infrared Wavelength Range on Nanoporous Gold Disks

感謝材料人編輯部王宇提供素材