中科院化学所团队研发卷对卷纳米打印技术 实现多尺度光学超材料规模化量产

2026-05-16 10:03:59来源：互联网

近日，中国科学院化学研究所联合相关研究团队在光学超材料制造领域取得关键突破——他们研发出卷对卷增材纳米打印制造设备，建立起全新的多尺度光学超材料打印范式，成功破解了这类材料长期以来难以兼顾低成本、规模化与个性化量产的行业难题。 人类对光的操控能力，一直是衡量科技进步的重要标尺。过去，科学家主要依靠天然材料的光学特性调控光线；而光学超材料的出现，让人类得以通过人工设计的几何结构，获得天然材料不具备的超常光学性能，真正实现了对光的“主动设计”。作为光电子、高端制造、能源等领域的核心底层技术，光学超材料如同一块精密编织的“光子织物”，正驱动着成像、通信、计算等多个领域的技术变革。 不过，光学超材料的实用化之路并不顺畅。当前研究普遍局限于单一尺度结构，导致材料功能受限、性能调控维度不足；同时，传统制备高度依赖光刻等精密加工技术，效率低、成本高、周期长，难以实现大规模量产，这些问题严重制约了其从实验室走向产业化应用。 针对这些行业痛点，研究团队首先从结构设计切入，创制出一种由周期性纳米晶格构成的微米级半球形结构。通过协同光子晶格与光学界面的耦合作用，该结构可精准调控多尺度下的光学传输行为，让微纳基元展现出丰富的光学响应与动态色彩变换，转动间光影流转如同万花筒般千变万化。 在规模化制备环节，团队研发出高通量按需打印与卷对卷连续制造工艺。就像日常报纸印刷一样，柔性基材从一个滚筒连续输送到另一个滚筒，全程完成纳米级精度的打印成型。这套技术能将低成本聚合物纳米材料快速转化为可定制单像素性能的光学超材料，实现跨多尺度的精准制造，让超材料量产变得高效又便捷。 此外，研究还揭示了多尺度光学超材料的调控规律，以及微纳结构与光学性能之间的构效关系。通过精准调节光子晶格常数与超组装体尺寸，研究人员可精确控制超材料的光子带隙与光传播路程差，进而实现对体色散与界面色散的精准调制。 研究团队还发现，通过集成打印技术，能将不同晶格常数、不同尺寸的超组装体进行高精度图案化处理，赋予超组装体系从微观到宏观的跨尺度光学集成能力。同时，这类超材料具备优异的本征柔性与环境稳定性，为其在柔性可穿戴光学、智能传感等领域的应用拓展了广阔空间。 这项突破性研究成果已发表在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上，为多尺度超材料研究及微纳光子学应用开辟了全新路径，也推动光学超材料向产业化、实用化迈出了关键一步。