光學微結構的精密微納印壓設備
嶄新節能技術降低微納鏡片的生產成本
曾幾何時，攝影機的價格相當高昂，不是每個家庭都買得起一台攝影機的；假若攝影機的鏡頭包含了非球面組件，那它的售價肯定會更高。非球面透鏡的輪廓線不是單一的弧度，它是較複雜的曲面形狀；與球面透鏡相比，非球面透鏡產生較少的色差，故它的成像較為清晰。以往，球面透鏡可用機器大量生產，非球面透鏡則必須由人手逐一打磨拋光。到了今天，隨著智能手機普及化，攝影變成了全民嗜好，每一個人都可成為攝影師。再者，現在拍照幾乎不費成本，原因之一是鏡片能以模壓方式生產，毋須人手打磨。為了進一步降低成本，節省耗能，提升生產力，工業及系統工程學系李莉華博士的科研團隊開發了嶄新的微納印壓技術，以省電的方式把光學玻璃壓塑成精密非球面微納鏡片，把成本調低至前所未有的水平。
傳統玻璃鏡片
以模壓形式生產微米和納米級光學玻璃組件比以塑料注塑生產困難得多。首先，玻璃需要加熱至極高溫度才會軟化，整個真空腔體也要以紅外線加熱，所以會消耗大量能源。此外，由於模具必須能承受高溫和高壓，耐腐蝕，故多以碳化鎢製成，但碳化鎢成本甚高，加上非常堅硬，難以精確地切割，所以生產週期較長，令成本增加，結果提高了成品的價格。
新型玻璃微納印壓
針對這些難題，研究團隊構思了新的微納印壓的概念。李博士解釋說：「我們的目的是局部加熱玻璃表面，而不是加熱整塊玻璃、整個模具嵌件和腔體，也就是說，預熱、塑型、冷卻所需的時間縮減了，耗能少了，生產週期自然縮短。」為了快速加熱模具表面，微納印壓系統採用表面有石墨烯類碳塗層的矽製模具；通電後，塗層會快速升溫，而熱量則保存在矽製模具之中。由加熱、壓塑到冷卻，整個過程可於兩分鐘內完成，遠比傳統玻璃成型方法省時。另外，矽材料的特性令模具同時有溫度感應功能，可以直接、快速地控制溫度，加上矽較碳化物容易切割，所以成本較低。系統結合了石墨烯類塗層和溫度控制組件的一體化設計，可謂集塑型、加熱和感應功能於一身。團隊發現，與傳統玻璃成型方法相比，微納印壓系統可省電達九成以上，而生產成本亦較傳統方法低三分之一。
李博士補充道：「除了智能手機相機鏡頭外，以微納印壓技術製成的光學玻璃組件還可應用於數碼投影機、影印機、太陽能電池和立體光場攝影機等。」
2018年4月，光學微結構的精密微納印壓設備於第46屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲金獎殊榮。
原文：
https://www.polyu.edu.hk/ife/corp/tc/publications/tech_front/17832
沒有留言:
發佈留言