4月22日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合新加坡國立大學(xué)仇成偉教授團(tuán)隊(duì)提出了打印多尺度光學(xué)超材料的全新范式，實(shí)現(xiàn)了材料光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化。團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出的卷對卷增材納米打印制造設(shè)備，首次突破了光學(xué)超材料在低成本、規(guī)模化、個(gè)性化量產(chǎn)難以兼顧的長期困境，實(shí)現(xiàn)了多尺度光學(xué)超材料的大規(guī)?？煽刂苽渑c精準(zhǔn)集成，讓超材料生產(chǎn)“像印報(bào)紙一樣簡單”，為多尺度超材料研究及微納光子學(xué)應(yīng)用開辟了新路徑。該成果發(fā)表在最新一期的國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。

跨尺度光學(xué)集成打印

光學(xué)超材料是人類第一次真正意義上精確“設(shè)計(jì)光”，而不是只利用材料本身的光學(xué)性質(zhì)，直接推動(dòng)光學(xué)從“被動(dòng)利用”走向“主動(dòng)操控”，是下一代光電子、通信、成像的核心底層技術(shù)，尤其對高端制造及能源領(lǐng)域至關(guān)重要。然而，其研究與應(yīng)用仍面臨兩大制約瓶頸：一是研究普遍局限于單一尺度結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料功能受限、性能調(diào)控維度不足。二是制備高度依賴光刻等精密加工技術(shù)，效率低、成本高、制備周期長，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本制造，嚴(yán)重制約了實(shí)用化進(jìn)程。

針對以上技術(shù)瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)首先從結(jié)構(gòu)著手，創(chuàng)制出一種由周期性納米晶格構(gòu)成的微米尺度半球形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過協(xié)同光子晶格與光學(xué)界面的耦合作用，對多尺度下的光學(xué)傳輸行為進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，使得單元結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)豐富的色彩變幻，猶如萬花筒般一轉(zhuǎn)千色。在規(guī)?；苽浞矫?，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了高通量按需打印與卷對卷連續(xù)制造工藝，就像報(bào)紙印刷一樣，將柔性基材從一個(gè)滾筒連續(xù)輸送到另一個(gè)滾筒，連續(xù)完成納米級精度打印成型，這一技術(shù)可將低成本聚合物納米材料快速制備為單像素性能定制的光學(xué)超材料，實(shí)現(xiàn)跨越多個(gè)尺度的精準(zhǔn)制造。

此外，該超材料還具備優(yōu)異的本征柔性與環(huán)境穩(wěn)定性，為其在柔性可穿戴光學(xué)、智能傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展了空間?！蹲匀弧穼徃迦藢Υ嗽u價(jià)道：這篇稿件的結(jié)果太有意思了，所開發(fā)的可打印超組裝策略新穎而且有吸引力。

“這項(xiàng)成果體現(xiàn)了材料科學(xué)、微納光學(xué)與先進(jìn)制造的深度交叉融合。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的卷對卷增材納米打印技術(shù)，讓光學(xué)超材料的生產(chǎn)變得像印報(bào)紙、書刊一樣簡單高效，不僅徹底打破了高成本的技術(shù)壁壘，大幅提升了量產(chǎn)效率，還能通過按需打印，為每一個(gè)超材料像素單元定制專屬的光學(xué)性質(zhì)，從而為定制化微納光學(xué)研究開辟了全新思路。”宋延林研究員表示，“未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)以‘微納融合，印刷制造’為核心理念，圍繞這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)新一代高靈敏光學(xué)傳感芯片，持續(xù)挖掘材料本征特性與人工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)同優(yōu)化的潛力。相信這項(xiàng)技術(shù)在光子信息、防偽成像、精密醫(yī)學(xué)傳感、綠色光子能源等關(guān)鍵領(lǐng)域，都將展現(xiàn)巨大的應(yīng)用空間與產(chǎn)業(yè)化價(jià)值?！?/p>

編輯：陳琦