能源工业的福音：近红外技术

材料牛注：最近，来自美国休斯敦大学的科学家发现了一种利用近红外光来确定材料的化学成分的新兴技术。这项技术应用前景巨大，包括提高石油、天然气等能源行业井下钻探分析的精度或者扩太阳能的利用范围。这项研究主要是在Wei-Chuan Shih教授领导下进行研究的，Wei-Chuan Shih教授是休斯敦大学电气与计算机工程系的副教授，他同时也作为了第一作者将研究成果发表在了Nano Letters杂志上。

“这种研究的原理并不复杂，其实是在近红外区激发等离子体共振，但这种情况下意味着这种研究无法通过目前的红外光谱来获取更为详细的数据，也无法进行精度较高的测量。” Shih教授针对这项研究发表了自己的看法。

目前，红外光谱（利用红外线进行扫描和鉴别有机化学成分的一种分析技术）是分析聚合物和无机材料的重要工具，但是它也有着一些局限性，例如，红外光会被水吸收，因此水性样品是无法进行红外检测的。而近红外光扫描与水是兼容的，但目前的技术缺陷是和红外的波长相比检测的精度较差。

“为了克服这些困难，我们开发出了一种可以同时分析化学组成和物质折射率的近红外传感技术，使用一个多空的金制圆盘分析范围为1--2.5μm（近红外波）波长，并通过增强局部电场的强度来激发等离子体进行共振。这也是首次通过增强表面强度的近红外技术进行高精度的化学检测。”Shih团队讲述了自己的研究思路。

Shih同时表示利用近红外技术进行研究失一把“双刃剑”，其优点是可以用于水基样品，而且可以进行细节分析，但缺点是为了达到我们要求的精度需要进行10,000多次的测量。

在Shih的实验团队中，有成员参加过2013年纳米多孔金盘的结构的研究。因此对于这个项目的中的“调谐”或者设计实验都具有良好的技术支持，这也是他们找到近红外技术的关键。这项技术的发现的实际意义是巨大的。在原油和其他油气田的开发中，可以直接通过这项技术进行分析井下流体的特性，进而分析这片油田的开采价值。这项技术大大简化了原来的分析流程，而且节约了成本，对于未来能源产业具有极大的价值。

Oliver C. Mullins，是Schlumberger公司的主要科学顾问，同时也是井下流体分析学说的主要创始人，他对于这项技术未来的潜力和作用大为称赞。“目前，红外光谱已经在石油和天然气工业中做出了巨大的贡献，其商业价值远远大于实验室中的研究发现。而近红外技术的出现则是该项领域的一个重大突破，甚至有可能成为未来行业中的技术标准”。

原文链接：Researchers discover new chemical sensing technique

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

感谢材料人编辑部王宇提供素材