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近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所等研究團(tuán)隊(duì)提出打印多尺度光學(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(duì)卷增材納米打印制造設(shè)備，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(zhǎng)期困境，實(shí)現(xiàn)了多尺度光學(xué)超材料的大規(guī)模可控制備與精準(zhǔn)集成，讓超材料生產(chǎn)“像印報(bào)紙一樣簡(jiǎn)單”，為多尺度超材料研究及微納光子學(xué)應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。人類對(duì)光的理解和操控能力是科技進(jìn)步的重要標(biāo)尺。目前，科學(xué)家已不再滿足于“利用自然材料調(diào)控光”，而是希望通過(guò)人工從頭設(shè)計(jì)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)獲得天然材料不具備的超常光學(xué)性質(zhì)——這就是光學(xué)超材料。光學(xué)超材料是人類第一次真正意義上精確“設(shè)計(jì)光”。它不再只是利用材料本身的光學(xué)性質(zhì)，而是直接推動(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(duì)高端制造及能源領(lǐng)域至關(guān)重要。光學(xué)超材料就像一塊精心編織的“光子織物”，在成像、計(jì)算、通信、能源等多個(gè)領(lǐng)域推動(dòng)著技術(shù)變革。然而光學(xué)超材料研究與應(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(zhǎng)，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(duì)以上問(wèn)題，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(guò)協(xié)同光子晶格與光學(xué)界面的耦合作用，對(duì)多尺度下的光學(xué)傳輸行為進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，使微納基元展現(xiàn)出豐富光學(xué)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)色彩變換，光影流轉(zhuǎn)宛若萬(wàn)花筒，一轉(zhuǎn)千色。在規(guī)模化制備方面，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了高通量按需打印與卷對(duì)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(jí)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。該研究還揭示了多尺度光學(xué)超材料的調(diào)控規(guī)律，以及微納結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控光子晶格常數(shù)與超組裝體尺寸，研究人員可對(duì)超材料的光子帶隙與光傳播路程差實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)體色散與界面色散的精確調(diào)制。研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)集成打印，可將不同晶格常數(shù)、不同尺寸的超組裝體高精度圖案化，賦予超組裝體系從微觀到宏觀的跨尺度光學(xué)集成能力。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。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。論文鏈接多尺度超材料設(shè)計(jì)架構(gòu)及制備策略跨尺度光學(xué)集成打印