柔性納米壓印技術實現光譜儀由大型科研儀器走向便攜應用

　　光譜，被視為物質的“指紋”，是各類物質與生俱來的“身份證”，而光譜儀就像一雙分辨光波的“眼睛”，通過準確測量物質“指紋”，“一眼洞穿”其化學成分和物理特性。
　　近期，利用光譜原理，中國科學院深圳先進技術研究院集成所副研究員林慧成功研發了一系列面向食品、藥品、照明檢測的超微型光譜儀，實現了光譜儀由大型科研儀器走向便攜應用的轉化。
　　林慧團隊從古代活字印刷術中獲得靈感，發明了用于曲面的柔性納米壓印技術，改進了關鍵器件，創新性地將光譜儀與合成生物學大設施、爬壁機器人等新領域結合，碰撞出全新應用場景。

　　集成所精密工程研究中心副主任林慧

　　自然界中的太陽光、人造日光燈發出的光，都是由幾種單色光合成的復色光。將復色光分解為單色光的光柵，是光譜儀運轉的關鍵。
　　用光譜儀測量物品的反射或透射光，將復雜成分的光分解為光譜，然后通過數據分析，就可以知道物品的成分。“其中光柵相當于光譜儀的‘心臟’，是核心器件。”林慧表示，他們的研究就是從光柵上下功夫。

　　林慧團隊研發的曲面光柵

　　團隊在研發過程中發現，與傳統光譜儀使用的平面光柵相比，凹面衍射光柵具有像差校正性能，可以代替多個光學元件，起到簡化光路的作用，推動原本體積較大的光譜儀實現小型化和輕型化。
　　不過，制作工藝限制了凹面光柵的發展。凹面光柵的表面刻蝕了微納米尺度的溝槽，而且這些溝槽的間距是不均勻的。現階段的技術要么通過金剛石刻刀，沿曲面進行步進刻畫，要么通過全息曝光與離子束刻蝕制作，這些都需要依賴昂貴的設備，效率低、成本高。
　　為解決該問題，林慧團隊與香港中文大學陳世祈老師團隊合作，經過3年研發，發明柔性納米壓印技術，實現了曲面光柵的高效印刻。
　　所謂納米壓印，可以形象地理解為古代的活字印刷術。柔性壓印則是采用硅橡膠等材料作為軟模板，先制作帶有光柵圖案的軟模板，再通過模板的變形與曲面貼合，從而實現圖形從平面向曲面的轉印。
　　目前團隊已經完成了柔性納米壓印機的樣機開發，在實驗室內實現了高效、靈活的柔性/曲面微納結構制作。據了解，該技術在曲面屏、AR顯示等消費電子產品中也將有廣闊的應用前景。

轉載自MEMS