不可思议!中国科学家研发卷对卷纳米打印,让光学超材料像印报纸一样量产

技术突破核心

4月22日，由中国科学院化学研究所宋延林研究员团队和新加坡国立大学仇成伟教授团队合作完成的研究成果，在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表。该研究提出了一种制造多尺度光学超材料的新方法，并成功研制出名为“卷对卷增材纳米打印”的生产设备。

跨尺度光学集成打印

光学超材料技术是通过人工设计的微纳结构来主动控制光，而不是依靠材料本身的性质来进行被动调控的一种新型的技术手段。但是发展过程中一直存在两个问题：一是传统研究大多关注于单一尺度的结构上，在很大程度上限制了材料功能多样性和性能调节的能力；二是依赖传统的精密加工方法（如光刻等），使得制造成本高、效率低，无法实现大规模生产。

创新解决方案

为了突破上述瓶颈，研究团队从结构设计入手制备出一种微米级的半球形器件，在其内部设置有周期性的纳米晶格。可以协同控制不同尺度上的光学行为来获得丰富多变的颜色效果。在生产过程中所采用的技术方法是高通量按需打印和卷对卷连续制造技术，使柔性基材如同印刷报纸一样不断前进，并且完成纳米级别的精确度的打印工作。该技术可以用低成本聚合物纳米材料快速制备出每个像素单元光学性能都可以定制化的超材料。

应用前景与评价

所制备的超材料还具有很好的柔韧性和环境稳定性，这为它在柔性可穿戴设备、智能传感等领域应用提供了可能。《自然》杂志审稿人认为该成果“很有意思”，并且对开发出的一种可以打印出来的新型组装方法给予了肯定，并称其新颖且有吸引力。”

宋延林研究员说，该成果体现了材料科学、微纳光学以及先进制造技术的融合。卷对卷增材纳米打印技术使光学超材料生产可以像印刷书籍一样高效地进行，并且打破了高成本壁垒、提高了量产能力的同时也实现了个性化定制的可能性。未来团队将继续秉承“微纳结合、印制工艺”的理念，研发出灵敏度高的光传感芯片，在此基础上探讨该技术在光电信息处理、防伪成像以及医疗健康等方面的应用前景。