产学研深度融合，用塑料打造全球最便宜光谱仪——拓烯科技联合浙江大学杨宗银教授团队登上Science子刊封面头条
拓烯科技作为国内领先的高端光学树脂解决方案提供者，不断突破技术瓶颈，始终追求极致的材料性能，从追赶到引领，正在光电信息、先进半导体、智能制造、新能源等高端产业高速开发产品与市场，积极与产业、科研机构合作创新，驱动国内产业升级与相关学科的发展。
近日，拓烯科技与浙江大学信息与电子工程学院杨宗银教授团队合作，联合浙江理工大学、剑桥大学，成功研发出一种基于塑料材料的新型微型光谱仪。该技术不仅成本低廉，而且性能稳定、易于量产，为光谱分析设备的小型化和普及化提供了全新路径。这项具有突破性的研究成果发表于国际顶级学术期刊《Science Advances》，并被选为当期封面文章重点推介。
研究首次将常见塑料材料引入微型光谱仪的核心结构，利用其双折射效应实现空间光谱编码，开创了一种无需光刻工艺、可大规模生产的宽带微型光谱解决方案。该微型光谱仪可覆盖从可见光到短波红外（400-1600 nm）的宽谱段范围，具备优异的线扫描成像能力，展现出广泛的应用前景，有望推动光谱技术在消费电子、环境监测、医疗诊断等多个领域的落地应用。“借助塑料这一廉价而强大的材料，我们正在打开通往低成本、高效率光谱分析的大门。”项目负责人杨宗银教授表示。
1、 灵感来自手机摄像头：
塑料能替代玻璃镜头也能替代玻璃分光元件
图1. (A 和 B) 分别为塑料在相机和光谱仪模块中替代玻璃的示意图。(C) 实验室中塑料产品的彩虹现象。(D) 双折射效应原理示意图。(E) 应力调控示意图。(F) 环氧树脂的动态机械分析（DMA）曲线。(G) 内部应力施加过程中拉伸比例、应力大小和温度的曲线。(H) 环氧树脂的应力保持与 PMMA 的应力松弛对比。
现代智能手机的摄像头早已不再依赖传统玻璃镜片，而是广泛采用高性能塑料透镜，并结合先进的图像算法实现了超高清成像。这种趋势启发了研究人员：既然塑料可以用于高质量成像，是否也可以用来构建光谱仪的核心部件？答案是肯定的。研究人员提出了一种全新的思路：研究团队使用形状记忆环氧树脂（SMPs），通过可控机械变形在材料中引入梯度应力，制造出具有分光能力的“塑料棱镜”，实现对光的精确色散调控。这种塑料不仅能替代传统光谱仪中昂贵的光学元件，还能覆盖从可见光到短波红外（400–1600 nm）的宽谱段范围，具备极强的应用潜力。
2、 塑料也能“变彩虹”：
揭秘背后的物理机制
图2. 环氧树脂薄膜中的应力调控设计。(A-C)矩形薄膜拉伸的仿真、实验与透过光谱。(D-F)三角薄膜拉伸的仿真、实验与透过光谱。(G-I)大规模薄膜拉伸的仿真、实验与透过光谱一致性。(J)大规模生产示意图。
日常生活中，我们常能看到塑料制品在偏振光下呈现出彩虹般的色彩，这是因为它们在制造过程中经历了不均匀的应力施加和固化过程，从而产生了双折射效应 ——不同应力的位置会呈现不同的颜色。
研究人员正是利用这一现象，通过对塑料进行不同程度的拉伸控制内部应力分布，进而调控其透过光谱。实验表明，矩形或三角形塑料在不同拉伸比例下，其颜色和光谱响应都会发生显著变化。更重要的是，他们成功实现了在12 cm × 12 cm 的塑料基板上一次性制造近50片光谱渐变薄膜，且具备良好的一致性，同时提出了支持大规模生产的流水线系统，真正实现了“低成本+高通量”的制造目标。
3、 低成本、高性能、便携化：
打开光谱应用新大门
图3. (A) 微型光谱仪实物图。(B) 原理示意图。(C) 微型光谱仪的光谱传输矩阵。(D) 单色光还原结果。(E) 相距10 nm的双峰光源还原结果。(F) 宽谱光的还原结果。(G)分波段的光谱成像结果。(H) 光谱成像结果与RGB相机的对比。(I) 红色、绿色和蓝色像素的还原结果。
传统的光谱仪往往体积庞大、价格高昂，限制了其在消费电子、环境监测、医疗诊断等领域的普及。而这项新技术打破了这一瓶颈。研究人员将这种塑料薄膜直接集成在商用CMOS图像传感器上，形成一个完整的微型光谱系统。配合先进的计算光谱重建算法，它能够准确识别物质的光谱特征，甚至可用于线扫描光谱成像。
图4. (A) 在400到1600 nm的光谱范围内重构结果与商用光谱仪测得的光谱进行对比。(B) 重构出400-1600 nm宽谱光，并且与商用光谱仪对比在不同波长下的双峰光谱性能。
该微型光谱仪对单色光、双峰光以及宽谱光源的还原结果都表现出良好的一致性，在可见光波段分辨率达到10 nm，而在更宽泛的400–1600 nm范围内，平均峰值误差仅为0.73 nm，展现出卓越的性能表现。
这项工作不仅推动了微型光谱仪的技术革新，也为未来可穿戴设备、植入式传感器、消费电子产品的发展提供了全新路径。
