印刷光子-可连续打印的超材料实现可拉伸协同着色-夜雨聆风

印刷光子-可连续打印的超材料实现可拉伸协同着色

研究背景

生物系统通过纳米级构建块和微米级形态层次结构的协同作用实现多功能性，这种多尺度结构在超材料中具有应用优势。然而，大多数人工光学系统只能在单一尺度上制造，面临可扩展性有限、调节性不足和功能单一的挑战。

创新点

中科院化学所宋延林研究员和Huizeng Li课题组联合新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授提出了一种可打印的元组装策略，通过连续卷对卷（R2R）制造，实现多尺度层次光学结构的制备。元组装由低成本聚苯乙烯（PS）纳米颗粒周期性嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体中，形成基于纳米晶格的微凹光学界面，实现导波和反射波色散与干涉的精确整合。通过光学耦合，探索并实验实现了具有高设计性和可调性的独特协同着色。克服可扩展性限制，可从纳米级构建块迅速制备出米级元组装印刷件，并可进行单像素定制，长度跨度达到七个数量级。色彩艳丽的印刷件具有可控的颜色分离和整合性能，以及环境稳定性，显示出在环保着色、智能显示和信息安全方面的潜力。这项工作为通过多尺度光子学研究进行生物启发的超材料构建提供了多功能的方法学。

文章解析

图1：可打印元汇编策略概述：R2R-ANP 的示意图。基于 216 纳米直径纳米颗粒展示的超组装形成的实验演示，包括初始绿色 DCPC 印刷品和最终彩色超组装印刷品的照片，以及印刷品中标记区域的明场 (BF) 和偏光显微镜图像。

图2：可扩展元装配打印的原则:制造的米尺度元组装打印件的照片。

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视频详情

视频1：R2R-ANP的实时记录，带有设计的动画以展示实验上无法观察的细节。

图4：丰富的颜色可调性。

图5：打印件在抗紫外老化、热、溶剂、洗涤和机械变形方面的稳定性测试。

读后感

作者提出了一个统一的超材料平台，具有可扩展的制造能力和多尺度结构设计能力，实现了分层光学结构的定制化和低成本制造。所开发的超组件模型赋予常见高分子构建单元多尺度光学活性，在单个单元内实现有效的光学耦合和协同着色。其简便的配置结合定制的R2R-ANP工艺，实现了宏观超组件打印的连续R2R生产，分辨率达到单像素，从而为光学超材料从实验室到工厂的转化提供了可行途径。此外，超组件打印实现了协同光学性能的更简便实现，同时具有出色的稳定性，因此在信息安全到智能显示等实际着色场景中具有巨大应用潜力。总体而言，这种可打印的超组件策略解决了光学功能性与工程性能之间的权衡，为多尺度光子学研究提供了关键见解。此外，将材料的固有特性整合到超组件模型中，有望开启更多有趣的应用。

【参考文献】

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10408-8#Abs1

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