1、YEARSCDGM G l a s sLimited Liability Company成都光明环保化梯度折射率透镜研究进展马马 赫赫 Progress of eco-friendly gradient-index lenses-CDGM glass Co.Ltd.2023.09.07 2023.09.07 中国国际光电高峰论坛中国国际光电高峰论坛成都光明光电股份有限公司技术中心先进光学材料研究室CONTENTS剧毒铊透镜：危害与替代方案1成都光明银透镜：现状及展望2成都光明生物医药领域材料推荐 3梯度折射率透镜（GRIN lenses，G透镜）概念及应用梯度折射率透镜光

2、路普通透镜光路梯度折射率透镜：通过内部折射率差实现光线聚焦功能优势工作距离短利于组装易实现小直径透镜主要应用：医用内窥镜内窥镜光路圆柱形劣势色差大含剧毒元素铊数值孔径较小存在成像畸变内窥镜实物内窥镜应用(相较透镜组)环保化G透镜的意义减少铊元素在全生产环节的流动，提升环境质量铊矿选矿铊矿冶炼铊提纯含铊玻璃熔炼 铊-钾离子交换铊G透镜冷加工铊矿暴露进入循环含铊废水废气废渣铊挥发进入空气铊进入熔盐铊进入废水因含铊G透镜的生产导致每年2.4吨铊元素使用，0.1吨进入生态循环。铊铊G G透镜全工序及其环境污染透镜全工序及其环境污染(假定仅10%废弃铊未回收)伴生元素污染使用过程可能危害常与As、S、S

3、b、Hg元素伴生的硫铁铊矿（网络公开图片）铊矿废渣露天堆放、不断溶出，铊持续进入环境，经富集后进入人体Science of the total environment(2021)758,143877从1990年代开始采矿的贵州滥木厂铊矿土壤铊元素均值含量超过中国平均含量165倍，超过安全限度95倍；其粮食中Tl含量高达1-500mg/kg(干重)铊盐的半数致死量约1-10mg/kg(网络公开资料)(根据公开资料的估计数据)Science of the total environment(2021)758,143877暴露在含铊溶液中的神经细胞凋亡Plos one(2017)12,11:e018

4、8351防止生物医疗应用中铊元素对人体的损害铊矿选矿铊矿冶炼铊提纯含铊玻璃熔炼 铊-钾离子交换铊G透镜冷加工铊矿暴露进入循环含铊废水废气废渣铊挥发进入空气铊进入熔盐铊进入废水铊铊G G透镜全工序及其环境污染透镜全工序及其环境污染伴生元素污染使用过程可能危害环保化G透镜的意义含铊G透镜不能直接与生物内组织接触，否则导致健康风险或观察结果失准铊G透镜的铊元素溶出远高于生物安全水平Neurosci Bull(2019)35,3:419-424某公司（三十一）严密防控环境风险。严密防控环境风险。开展涉危险废物涉重金属企业、化工园区等重点领域环境风险调查评估，完成重点河流突发水污染事件“一河一策一图”全

5、覆盖。开展涉铊企业排查整治行动。开展涉铊企业排查整治行动。加强重金属污染防控，到2025年，全国重点行业重点重金属污染物排放量比2020年下降5%。强化生态环境与健康管理。健全国家环境应急指挥平台，推进流域及地方环境应急物资库建设，完善环境应急管理体系。中共中央中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见的意见(节选）节选）（2021年11月2日）铊元素危害受到政策关注加强固体废物和新污染物治理。加强固体废物和新污染物治理。深入推进“无废城市”高质量建设。深化巩固禁止洋垃圾入境工作。开展塑料污染全链条治理。深入推进强化危险废物监管和利用处置能力改革，推动危险

6、废物重大工程建设取得实质性进展，大力推进危险废物信息化环境管理。推动落实新污染物治理行动方案，组织完成首轮化学物质环境信息调查，启动新污染物治理试点工程。深化落实尾矿库分类分级环境监管制度。扎实开展长江经济带尾矿库污染治理“回头看”和黄河流域尾矿库综合治理。持续推进白河县硫铁矿区、“锰三角”地区污染治理。深入开展重点行业重金属污染防治，加强涉铊污染源排查整治。加强涉铊污染源排查整治。生态环境部部长黄润秋在生态环境部部长黄润秋在20232023年全国生态年全国生态环境保护工作会议上的工作报告环境保护工作会议上的工作报告(节选节选)（2023年2月23日)环保政策十分重视铊元素危害，管控严格度越来

7、越高环保化G透镜的可能实现方法环保G透镜实现基本原理：构建基于环保元素的玻璃组成元素梯度3D打印方法打印方法(SiTi)Science Advance(2020)6,eabc7429化学气相沉积化学气相沉积-拉丝方法拉丝方法(Si-Ge)可制备大尺寸透镜 折射率分布任意可控精度较低实现最大折射率差0.04暂时不易量产 折射率控制精度高 可制备透镜直径范围大实现最大折射率差0.02 易于量产2022.10.25溶胶溶胶-凝胶法凝胶法(Si-Ti 或或 K-空位空位)原料昂贵实现最大折射率差0.12制备周期极长离子交换方法离子交换方法可制备透镜直径受限制折射率分布控制自由度低 易于量产 实现最大折

8、射率差0.130.080.100.120.140.160.180123456Li+Na+K+Rb+Cs+Ag+Tl+电极化率(a.u.)离子半径(nm)环保化G透镜的可能实现方法虽然有许多额外工艺问题，Na-Ag离子交换仍为大数值孔径、环保化G透镜制备的最适方法离子交换方法离子交换方法(Na-Ag)可离子交换元素离子半径-电极化率关系工艺时间长CONTENTS剧毒铊透镜：危害与替代方案1成都光明银透镜：现状及展望2成都光明生物医药领域材料推荐 3银G透镜的工艺难点及解决方法难点1：避免Ag+在玻璃中的团聚着色 难点2：避免离子交换张应力导致的玻璃碎裂降低离子交换温度 增加玻璃结构紧密程度提升离

9、子交换温度 增加玻璃结构紧密程度 难点3：提高离子扩散速度，减少工艺时间提升离子交换温度 降低玻璃结构紧密程度相互矛盾的三项难点关键1：玻璃配方设计玻璃浇注过程特性数值耐水稳定性(DW)2类耐酸稳定性(DA)1类磨耗度(FA)71软化温度附近抗析晶特性A类(30min保温无析晶)基础玻璃的部分特性几乎完全优化了G透镜用基础玻璃，使后续工艺的实现成为可能根据离子交换工艺适配程度、碱金属含量、生产性能迭代优化玻璃配方玻璃配方具有专利保护关键2：玻璃制造工艺设计银G透镜的关键技术200250300350400450500020406080100熔炼获得玻璃（厚1mm）紫外玻璃控制杂质方式工艺 未控制

10、杂质工艺Transmission(%)Wavelength(nm)300350400450500020406080100 紫外玻璃控制杂质方式工艺 未控制杂质工艺Trasnsmission(%)Wavelength(nm)含银盐浴处理后玻璃（厚1mm）工艺改进后工艺改进前工艺改进后工艺改进前改进前改进后玻璃透过率的改进离子交换后玻璃透过率的改进玻璃内在质量的改进在成都光明光学玻璃工艺基础上开发专用的玻璃熔炼工艺，显著提升了玻璃性能为实现无色透明的银G透镜提供了基础银G透镜的关键技术关键3：离子交换工艺设计0.00.20.40.60.81.0离子交换进行程度(任意单位)距离(mm)离子交换时间-

11、效果预测0.020.040.060.080.100.12-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5折射率系数工艺参数(a.u.)n6 n2 n4 G lens r=0.5 mm通过适当的盐浴条件设计，使离子交换效果对盐浴的复用不敏感，适于工业控制通过试验获得不同规格G透镜的工艺参数G透镜银元素能谱测试结果离子交换工艺 透镜折射率分项关系05000EDS Ag countsDistance(m)#1#23004005006007008009000020406080100 辐照时长0h 辐照时长0

12、.5h 辐照时长3.5h 辐照时长26.5hTramission(%)Wavelength(nm)辐照源：汞灯（中心波长365nm）300350400450500020406080100 GRIN透镜高银玻璃（2mm，外透）Tramission(%)Wavelength(nm)50=360 nm 0246808000光吸收1064nm：1217 ppm/cmBulk absorbtion(ppm/cm)Distance(mm)弱光吸收光谱365nm辐照不影响透镜632,1064等透过率透镜可见光下基本无色透明CDGM环保G透镜具有较好的光学透过率环保

13、化G透镜的光学透过性质光吸收约1217ppm/cm1064nm含银G透镜的供应能力制造厂商制造厂商(主要元素主要元素)透镜柱面透镜柱面折射率折射率透镜芯部透镜芯部折射率折射率数值孔径数值孔径透镜透镜直径范围直径范围(mm)成像畸变及像质成像畸变及像质德国G公司(Ag)1.5471.6260.500.3-2微小的桶型畸变CDGM(Ag)1.5081.580*0.470.011.0-1.8;0.3试制中几乎无畸变环保G透镜性能对照表无色透明的透镜预制棒环保G透镜样品透镜光斑成都光明具备小批量提供环保梯度折射率透镜的能力透镜对网格分划板成像*间接法测试含银G透镜 是否具备可用的成本？银G透镜的理论成

14、本高于铊G透镜，但为成本上可行的技术拉丝盐浴(置换Na+为Ag+)检验熔炼基础玻璃组分设计盐浴(部分置换Ag+为Na+)处理清洗制棒处理冷加工出货镀膜(可选)包装银G透镜制造流程成本劣势项成本相同项成本优势项0246810危废处理潜在成本能源设备分摊加工原料 铊G透镜 银G透镜银G透镜-后续研发方向理想现实(像差为零理想折射率分布)(扩散服从菲克第二定律)0.0790.0800.0810.0820.0830.0840.0850.0860.999410.999420.999430.999440.999450.999460.99947最小二乘法拟合R值扩散常量（D t/r2）以sech(r)公式进

15、行拟合扩散进行与折射率分布接近理想程度的关系G透镜成像畸变的本质是扩散过程的物理约束研究方向2：开发玻璃制备方面特殊处理方法，形成透镜扩散系数的径向分布，优化成像畸变研究方向3：开发离子交换过程中的特殊处理方法，利用离子交换应力改变扩散过程，优化成像畸变研究方向1：持续提升良率/降低成本/增加透镜尺寸范围/按客户要求进行针对性改善国内论文(公开资料)梯度折射率透镜往往具有桶型成像畸变CONTENTS剧毒铊透镜：危害与替代方案1成都光明银透镜：现状及展望2成都光明生物医药领域材料推荐 成都光明C D G M G L A S S C O.,L T D.成都光明光电始建于1956年，是中国南方工业集

16、团有限公司所属重点骨干企业之一，是国家高新技术企业、国家知识产权示范企业和国家技术创新示范企业。公司聚焦光电玻璃和贵金属双主业，经过六十余年的发展创新，日渐成为中国领先、国际具有较大影响力的专业性光电材料研发制造企业和国内领先的铂族金属提纯加工制造企业。防耐辐射玻璃该系列玻璃针对x射线、射线等高能短波射线具有优异的防护和屏蔽效果；可用于核工业用观察窗口、手套箱、医用射线防护窗、航天相机成像系统等。生命科学微流控芯片玻璃材料、黑色滤光片微流控芯片用玻璃材料具备良好的化学稳定性和低荧光特性，产品透光性和绝缘性较好，满足生物医学样品分析需求。作为基因检测试剂盒配套使用的黑色滤光片，在可见光范围内透过率0.5%，产品兼具高硬度和优异的化学稳定性。生命科学齿科材料添加不同着色元素，经特殊热处理调控后可实现使用者牙齿颜色的最佳匹配，具备人类牙齿的硬度、强度，是牙齿修复的理想材料。齿科材料生命科学十分感谢您的聆听!成都光明展位：3号馆 3B55期待您的光临！添加成都光明微信公众号网址：