4月22日，中國科學院化學研究所宋延林研究員團隊聯(lián)合新加坡國立大學仇成偉教授團隊提出了打印多尺度光學超材料的全新范式，實現(xiàn)了材料光學特性與結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化。團隊自主研發(fā)出的卷對卷增材納米打印制造設(shè)備，首次突破了光學超材料在低成本、規(guī)?；€性化量產(chǎn)難以兼顧的長期困境，實現(xiàn)了多尺度光學超材料的大規(guī)模可控制備與精準集成，讓超材料生產(chǎn)“像印報紙一樣簡單”，為多尺度超材料研究及微納光子學應(yīng)用開辟了新路徑。該成果發(fā)表在最新一期的國際學術(shù)期刊《自然》（Nature）上。

跨尺度光學集成打印

光學超材料是人類第一次真正意義上精確“設(shè)計光”，而不是只利用材料本身的光學性質(zhì)，直接推動光學從“被動利用”走向“主動操控”，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，難以實現(xiàn)大規(guī)模、低成本制造，嚴重制約了實用化進程。

針對以上技術(shù)瓶頸，研究團隊首先從結(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)同光子晶格與光學界面的耦合作用，對多尺度下的光學傳輸行為進行精準調(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)模化制備方面，團隊研發(fā)了高通量按需打印與卷對卷連續(xù)制造工藝，就像報紙印刷一樣，將柔性基材從一個滾筒連續(xù)輸送到另一個滾筒，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超材料，實現(xiàn)跨越多個尺度的精準制造。

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、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。

“這項成果體現(xiàn)了材料科學、微納光學與先進制造的深度交叉融合。團隊開發(fā)的卷對卷增材納米打印技術(shù)，讓光學超材料的生產(chǎn)變得像印報紙、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，為每一個超材料像素單元定制專屬的光學性質(zhì)，從而為定制化微納光學研究開辟了全新思路?！彼窝恿盅芯繂T表示，“未來，團隊將繼續(xù)以‘微納融合，印刷制造’為核心理念，圍繞這項技術(shù)研發(fā)新一代高靈敏光學傳感芯片，持續(xù)挖掘材料本征特性與人工結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)同優(yōu)化的潛力。相信這項技術(shù)在光子信息、防偽成像、精密醫(yī)學傳感、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)化價值?！?/p>

編輯：陳琦