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【原创】深圳先进院发明曲面上的“活字印刷术”,相关技术已用于光谱仪的微型化
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编辑:陈旭


读创/深圳商报记者 袁斯茹
光谱,被视为物质的“指纹”,是各类物质与生俱来的“身份证”,而光谱仪就像一双分辨光波的“眼睛”,通过准确测量物质“指纹”,“一眼洞穿”其化学成分和物理特性。
近日,中科院深圳先进院副研究员林慧告诉记者,如何将光谱仪做到微型化,是扩大其应用的关键之一。团队从古代活字印刷术中获得灵感,发明了用于曲面的柔性纳米压印技术,改进了仪器的关键器件,成功研发了一系列面向食品、药品、照明检测的超微型光谱仪。
△深圳先进院集成所精密工程研究中心副主任林慧
自然界中的太阳光、人造日光灯发出的光,都是由几种单色光合成的复色光。如何将复色光分解为单色光的光栅,是光谱仪运转的关键。
用光谱仪测量物品的反射或透射光,将复杂成分的光分解为光谱,然后通过数据分析,就可以知道物品的成分。“其中光栅相当于光谱仪的‘心脏’,是核心器件。”林慧表示,他们的研究就是从光栅上下功夫。
在研发过程中,团队发现,与传统光谱仪使用的的平面光栅相比,凹面衍射光栅具有像差校正性能,可以代替多个光学元件,起到简化光路的作用,推动原本体积较大的光谱仪实现小型化和轻型化。
但制作工艺限制了凹面光栅的发展。
“凹面光栅的表面刻蚀了微纳米尺度的沟槽,而且这些沟槽的间距是不均匀的。现阶段的技术要么通过金刚石刻刀,沿曲面进行步进刻划,要么通过全息曝光与离子束刻蚀制作,这些都需要依赖昂贵的设备,效率低、成本高。”林慧说。
为解决该问题,林慧团队与香港中文大学陈世祈老师团队合作,经过三年研发,发明柔性纳米压印技术,实现了曲面光栅的高效印刻。
△林慧团队研发的曲面光栅
“所谓纳米压印,可以形象地理解为古代的活字印刷术。柔性压印则是采用硅橡胶等材料作为软模板,先制作带有光栅图案的软模板,再通过模板的变形与曲面贴合,从而实现图形从平面向曲面的转印。”林慧告诉记者。
目前团队已经完成了柔性纳米压印机的样机开发,在实验室内实现了高效、灵活的柔性/曲面微纳结构制作。据林慧介绍,该技术在曲面屏、AR显示等消费电子产品中也将有广阔的应用前景。
△林慧团队

 
 
 
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