玻璃基底上

0.12毫米，一张A4纸的厚度，这是玻璃吗？　　1000多项技术瓶颈，逐一突破！2018年，这个厚度创造了世界最薄触控玻璃的纪录！　　当这块玻璃被轻轻地弯曲成一道彩虹状时，中国工程院院士、中国建材集团总工程师彭寿的演示，让周围人惊叹不已！　　可别小看随处可见的玻璃，它已有6000多年历史。过去数百年中，玻璃支撑了显微镜、望远镜、试管的诞生，掀起世界光学和生物技术革命，推动人类科技进步。　　进入21世纪，随着玻璃组分、制备工艺等的不断创新，玻璃成为广泛应用于信息显示、新能源、生物医药、航空航天、深海探测等新兴领域的关键功能材料。　　今天，显示玻璃，更是我们每个人都离不开的“神器”。当指尖在手机触摸屏上自由滑动，世界和远方，便在你眼前；这触碰，仿佛打开一扇“多彩视窗”。　　触摸屏越薄，用户体验越炫酷。“这是我们运用浮法玻璃生产工艺，也就是熔融的玻璃液自由流淌到锡液上进行展薄、拉伸的成形方法。”彭寿介绍，在突破原料提纯、玻璃组分及配方、新型熔化、超薄成形等系列技术瓶颈后，我国拥有了这一技术的自主知识产权，创造了浮法技术工业化生产的世界最薄玻璃纪录。　　既然超薄玻璃能卷曲，那么能否像A4纸一样近乎折叠呢？彭寿在思考、探索。　　2020年，彭寿和他的团队在国内率先开发出30微米柔性可折叠玻璃，再创一项中国第一、世界领先的成果，形成了全国产化超薄柔性玻璃产业链。　　30微米，也就是0.03毫米，这是目前工业化最薄的可折叠玻璃！日夜不休的弯折测试，折叠100万次后没有一丝裂纹！　　“这一成果解决了关键原材料领域的‘卡脖子’技术难题，保障了信息显示供应链和产业链安全。”彭寿说，柔性可折叠玻璃，因其极薄、柔韧性强、耐用性高和出色的折痕控制等特点，成为折叠屏手机盖板玻璃的首选。还有液晶电脑、液晶电视、车载显示屏，玻璃同样在“大显身手”。　　其实，每块显示屏背后，都有3种显示玻璃作为支撑并发挥不同作用——由上往下分别为高强盖板玻璃、超薄触控玻璃以及显示玻璃基板。其中，第三层显示玻璃基板是新型显示产业的核心材料，也是显示终端屏幕的重要组成部分，被誉为玻璃领域“皇冠上的明珠”。　　“下一步，我们要把显示玻璃向大尺寸化、复合化、功能化方向发展，我们希望研发出10微米的极薄玻璃，作为半导体、柔性太阳能电池等领域的新型基底材料，其应用前景会更加广阔。”彭寿团队开始攻克下一个目标。

日前从河南省科技厅传来喜讯，洛玻正式获准组建河南省浮法玻璃技术重点实验室。 　　在今年2月召开的集团公司年度工作会议上，公司明确提出依靠科技创新促使企业战略转型的发展思路，努力实现主导产品向绿色环保、节能和新型时尚化的转变，积极介入新兴的信息显示材料行业，把高新技术产业作为企业未来发展支撑。为此，有必要通过组建浮法玻璃技术实验室，强化应用基础研究和应用开发研究，加快新产品、新技术的开发和转化步伐，搭建洛玻新的技术研发平台，为企业的转型和升级提供强力技术支持。公司向河南省科技厅申报组建“河南省浮法玻璃技术重点实验室”后，省科技厅通过严格审查，同意依托洛玻组建河南省浮法玻璃技术重点实验室。 　　重点实验室是河南省科技创新体系的重要组成部分，是全省开展高水平应用基础研究的科技创新基地，重点实验室建设期一般为两年。对重点实验室的建设和发展，省科技厅将给予一定的优惠政策支持。围绕重点实验室建设，公司将严格按照国家及省科技厅有关管理规定，在技术中心现有实验条件的基础上，进一步加强和完善基础设施建设，强化浮法玻璃新技术基础研究和应用研究，扩大对外合作研究，把实验室建成能为洛玻创新发展提供技术支撑，能为行业相关领域研究提供技术服务，实行“开放、流动、联合、竞争”运行机制的科研实验基地、人才培养基地和学术活动中心。

智能手机自1993年推出以来，已成为全球广泛使用并融入人们日常生活的电子设备。多年来，随着计算能力的提高，以及新的传感器及其功能的加持，智能手机集成平台不断发展。智能手机正在取代摄像机、照相机、闹钟、手表、全球定位系统（GPS）、日历、计算器、闪光灯等等过去常见的设备，变得像一台可以上网的小型计算机一样强大。新冠肺炎疫情期间的作用，也凸显了智能手机在快速向大范围人群分发应用的能力。光子学是丰富智能手机功能并提高其潜力的极具前景的技术。全球主要智能手机制造商已经将新的光子传感器集成到了一些最新款的高端产品上，例如，面向增强现实（AR）应用的激光雷达（LiDAR），或者用于采集实时血氧水平和心率的脉搏血氧计等。与此同时，许多研究小组正在积极利用现有板载传感器或开发新的传感器，在智能手机上创建新的功能。利用智能手机摄像头及算法的显微镜系统，已被证明可以计数白细胞或红细胞，以用于血样分析以及寄生虫、细菌和病毒的检测；还可以通过RGB摄像头评估蓝色和绿色光谱成分的比率来检测血糖水平；采用Mie扩散法还可以测量水的浊度水平；还有报道基于呼吸中酒精含量而造成的蒸发率差异的光学式酒精测试仪等。然而，这些新的功能通常需要添加占用空间的附加组件。对于尺寸敏感的智能手机来说，空间限制问题值得关注。为了解决这个问题，Lapointe等研究人员提出了在手机屏幕前作为保护层的750 μm厚的康宁大猩猩玻璃上蚀刻光子器件的想法。借助1030 nm飞秒（fs）激光直接写入，他们展示了在1550 nm波长0.053 dB/cm的低损耗单模波导。他们还展示了一种基于玻璃表面倏逝场相互作用损耗的折射率（RI）测量装置。Davis等研究人员在1996年介绍一种玻璃材料的飞秒激光功能化。该工艺利用多光子吸收或隧道电离等非线性效应来引起折射率的永久变化。折射率变化很大程度上取决于材料和写入条件，并受多种因素的叠加影响，例如色心形成、玻璃基质的结构变化或导致密度变化的热效应等等。在高重复率下还存在一种特殊的热积累机制，会导致较大的焦外折射率变化。继Lapointe等人的研究，研究人员对通过飞秒激光改性的保护玻璃层机械性能的完整性进行了研究，发现飞秒激光写入对玻璃强度的影响可以忽略不计。同一项研究表明，通过减少写入所需的光子数量（减少波长），折射率变化可以增加一个数量级。据麦姆斯咨询介绍，近期，加拿大蒙特利尔理工学院工程物理系的Jean-Sébastien Boisvert及其团队在Scientific Reports期刊上发表了一篇题为“Fs laser written volume Raman–Nath grating for integrated spectrometer on smartphone”的论文，研究人员首先展示了一种没有热量积累的新写入方式，可以实现具有正折射率变化的高分辨率精细写入点。正折射率变化对于波导写入特别重要，而小折射率变化区域，对于写入具有精细周期的光栅至关重要。正如研究人员在两种不同的玻璃中所展示的那样，这种机制并不局限于个别玻璃。智能手机集成光谱仪原理示意图在该研究中，飞秒激光写入采用了来自Light Conversion的8W Pharos激光系统，该系统具有250 fs脉冲长度。激光器被耦合到Orpheus OPA以将频率加倍，从原来的1030 nm到515 nm。利用50倍Olympus PLAN 0.65数值孔径（NA）显微镜物镜聚焦飞秒激光脉冲，并将样品置于由AEROTECH 3200控制器控制的3轴写入系统上。使用脉冲选择器来控制激光器的重复频率以节省脉冲能量。激光的偏振与写入方向平行。所使用的写入速度在0.1~100 mm/s之间，脉冲能量在82~825 nJ之间。用于写入的玻璃有两种类型：康宁大猩猩玻璃（一种用于保护多媒体屏幕设备的碱性铝硅酸盐玻璃）和钢化铝硅酸盐玻璃（来自Bodyguardz的一种通用屏幕保护玻璃层）。两种玻璃以101 kHz重复率不同写入速度时，飞秒激光曝光下诱导集成折射率剖面断层扫描变化的演变采用这种新颖的写入技术，研究人员展示了在智能手机摄像头前以拉曼纳斯机制运行的体相光栅（VRNG），以获得一种集成的智能手机光谱仪。其关键是产生一个弱VRNG，不会显著改变相机的传统功能，但在暴露于强光照射时会产生光谱。（a）写入钢化玻璃的VRNG，置于智能手机前置摄像头前；（b）如果没有明亮的光源，光栅不会影响相机拍摄的日光成像质量，但如果有明亮的光线靠近光栅或在弱光环境中拍摄则会出现衍射光谱在热积累范围之外，两种玻璃都发现了一种产生正折射率变化的新写入方式。对于这两种玻璃，都发现了这种无热累积写入机制的上限阈值，重复率分别小于150 kHz和101 kHz，光通量分别为8.7 × 106 J/m²和1.4 × 107 J/m²。将尺寸为0.5 × 3 mm²、间距为3 μm的弱VRNG放置在三星Galaxy S21 FE智能手机前，以使用第二衍射级记录光谱。该光谱仪覆盖了401-700 nm的可见光波段，探测器分辨率为0.4 nm/pixel，光学分辨率为3 nm。利用该光谱仪测定了水中有机激光染料Rhodamine 6G的浓度检测限为0.5 mg/L。这一概念验证为现场吸收光谱法快速收集信息铺平了道路。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-023-40909-9