北京
▲科學家實現光學超材料低成本規模化制備新突破（視頻由AI生成）
近日，中國科學院化學研究所等研究團隊提出打印多尺度光學超材料的全新范式，實現了材料光學特性與結構設計的協同優化。
團隊自主研發出的卷對卷增材納米打印制造設備，突破了光學超材料在低成本、規模化、個性化量產難以兼顧的長期困境，實現了多尺度光學超材料的大規模可控制備與精準集成，讓超材料生產“像印報紙一樣簡單”，為多尺度超材料研究及微納光子學應用開辟了新路徑。
01
什么是光學超材料？
人類對光的理解和操控能力是科技進步的重要標尺。目前，科學家已不再滿足于“利用自然材料調控光”，而是希望通過人工從頭設計的幾何結構來獲得天然材料不具備的超常光學性質——這就是光學超材料。
光學超材料是人類第一次真正意義上精確“設計光”。它不再只是利用材料本身的光學性質，而是直接推動光學從“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，尤其對高端制造及能源領域至關重要。
光學超材料就像一塊精心編織的“光子織物”，在成像、計算、通信、能源等多個領域推動著技術變革。
02
突破兩大瓶頸
然而光學超材料研究與應用仍面臨兩大制約瓶頸：一是研究普遍局限于單一尺度結構，導致材料功能受限、性能調控維度不足；二是制備高度依賴光刻等精密加工技術，效率低、成本高、制備周期長，難以實現大規模、低成本制造，嚴重制約了實用化進程。
針對以上問題，團隊首先從結構著手，創制出一種由周期性納米晶格構成的微米尺度半球形結構。該結構通過協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控，使微納基元展現出豐富光學響應與動態色彩變換，光影流轉宛若萬花筒，一轉千色。
在規模化制備方面，團隊研發了高通量按需打印與卷對卷連續制造工藝，就像報紙印刷一樣，將柔性基材從一個滾筒連續輸送到另一個滾筒，連續完成納米級精度打印成型，這一技術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，實現跨越多個尺度的精準制造。
▲多尺度超材料設計架構及制備策略
03
有望解鎖新應用
該研究還揭示了多尺度光學超材料的調控規律，以及微納結構與光學性能之間的構效關系。
通過精準調控光子晶格常數與超組裝體尺寸，研究人員可對超材料的光子帶隙與光傳播路程差實現精準控制，進而實現對體色散與界面色散的精確調制。
研究還發現，通過集成打印，可將不同晶格常數、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集成能力。
▲跨尺度光學集成打印
該超材料還具備優異的本征柔性與環境穩定性，為其在柔性可穿戴光學、智能傳感等領域的應用拓展了空間。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10408-8
來源：中國科學院化學研究所
責任編輯：曹旸
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