Il professor LEE Wing Bun e il dottor LI Lihua (secondo e terzo da sinistra) con i membri del team di ricerca. Credito:Università politecnica di Hong Kong
La Hong Kong Polytechnic University (PolyU) ha sviluppato un nuovo dispositivo di microgoffratura per la produzione di lenti in vetro di precisione con un'elevata qualità dell'immagine. Le lenti hanno la risoluzione richiesta per strumenti e dispositivi ottici all'avanguardia in vari campi tra cui l'astronomia, difesa nazionale, scansione medica, e prodotti di consumo come fotocamere e telefoni cellulari. L'invenzione può imprimere microstrutture ottiche ultraprecise in vetro in modo ecologico, risparmiando energia elettrica di 60 volte e riducendo i costi di produzione di due terzi rispetto alle macchine convenzionali.
I componenti ottici in vetro sono difficili da fabbricare in quanto richiedono una temperatura di stampaggio molto più elevata e materiali in metallo duro estremamente difficili da lavorare per realizzare lo stampo. È anche difficile goffrare elementi ottici su micro e nanoscala con microstrutture di vetro di dimensioni micron. Però, con la crescente domanda di potenti obiettivi di piccole dimensioni e ad alta risoluzione in sistemi ottici avanzati, c'è stata una crescente necessità di vetro ottico per sostituire i polimeri ottici, che hanno una trasmittanza molto più bassa. Prendendo come esempio un obiettivo per pickup ottico ad alta definizione per DVD, la dimensione della caratteristica è piccola quanto 0,9 micron. I metodi di litografia convenzionali utilizzati per la produzione di massa comportano costi di prodotto elevati, tuttavia la lente prodotta ha una precisione molto inferiore rispetto a quelle ottenute per stampaggio o goffratura. Oggi, La Cina ha la più alta produzione di lenti ottiche al mondo. Ancora, a causa delle limitazioni tecnologiche per la produzione di obiettivi di fascia alta, il suo valore di mercato totale è ancora inferiore a quello dell'Europa e del Giappone.
Credito:Università politecnica di Hong Kong
Il team di ricerca guidato dal Professor LEE Wing Bun e dal Dr. LI Lihua del Dipartimento di Ingegneria Industriale e dei Sistemi di PolyU ha adottato un nuovo design di stampaggio con rivestimento simile al grafene e una tecnologia di riscaldamento autosviluppata per produrre l'attrezzatura di microgoffratura per produrre micron- componenti ottici microstrutturali di livello in vetro. Rispetto ai tradizionali dispositivi di riscaldamento a infrarossi ingombranti con un elevato consumo energetico, la nuova tecnologia è più rispettosa dell'ambiente ed economicamente vantaggiosa.
L'uso di un rivestimento simile al grafene può riscaldare il vetro ottico in modo preciso e rapido con un basso consumo energetico, riducendo al contempo l'espansione termica e la deformazione dello stampo. Il software di controllo e monitoraggio può anche fornire letture online istantanee della temperatura per consentire la messa a punto e la regolazione dei parametri di processo, e quindi ridurre il tempo di ciclo. Tali nuove caratteristiche consentono di risparmiare energia elettrica fino a 60 volte, rispetto alle tradizionali macchine a infrarossi, e tagliando i costi di produzione di due terzi. Essendo un materiale elettricamente conduttivo con elevate caratteristiche di usura, il grafene consente anche la rimozione uniforme del pezzo di vetro dallo stampo dopo il processo di goffratura. Per di più, modello in scala micron può essere replicato sul substrato di vetro.
La nuova apparecchiatura di goffratura ha ampie applicazioni nei prodotti optoelettronici, comprese le microlenti per cellulari, obiettivi della fotocamera, Lenti per pickup DVD, lenti a micro navetta, lenti f-theta per stampanti laser, lenti d'ingrandimento della proiezione della televisione, comunicazione ottica V substrati per grondaie, array di microlenti (MLA), e lenti di Fresnel per la raccolta e il monitoraggio dell'energia solare. Nell'ottica del campo luminoso, le nuove applicazioni di grande potenziale includono teste di ripresa 3D, sistemi di visione robotica tridimensionale, così come obiettivi per riprese a lungo raggio, rilevamento di droni a bassa quota e monitoraggio della sicurezza.