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。
利用光谱原理,中国科学院深圳先进技术研究院集成所副研究员林慧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,实现了光谱仪由大型科研仪器走向便携应用的转化。
中国科学院深圳先进技术研究院集成所副研究员林慧
不过,林慧并不满足于此,在光谱技术研发的道路上不断探索,如今衍生出用于曲面的柔性纳米压印技术,并创新性地将光谱仪与合成生物学大设施、爬壁机器人等新领域结合,碰撞出全新应用场景。
光谱仪是如何对各类物质进行分辨的?将复色光分解为单色光的光栅是关键。“光栅相当于光谱仪的‘心脏’,是核心器件,与传统的平面光栅相比,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,极大地推动光谱仪器的小型化和轻型化。”林慧介绍说。
在研发微型光谱仪的过程中,林慧发现,虽然凹面光栅具有集成化优势,但目前的微纳制作工艺大多适用于平面元件,曲面元件制作起来难度不小。“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,都需要依赖昂贵的设备,效率低、成本高。”
为解决该问题,林慧团队开始探索更高效的制造方法,与香港中文大学陈世祈老师团队合作,经过三年的研发,首创柔性纳米压印技术,实现了曲面光栅的高效印刻。
“所谓纳米压印可以形象地理解为古代的活字印刷术,而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。”
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。