纳米打印光学超材料研发获突破

钱伯章 2026-05-13

近日，中科院化学所联合新加坡国立大学发表成果，其自主研发的卷对卷增材纳米打印设备实现多尺度光学超材料大规模制备集成。该成果打破成本壁垒、提效，为定制化微纳光学研究提供新思路。

近日，中国科学院化学研究所联合新加坡国立大学，在《自然》（Nature）上发表光学超材料突破性研究成果。团队自主研发出的卷对卷增材纳米打印制造设备，实现了多尺度光学超材料的大规模可控制备与精准集成，让超材料生产“像印报纸一样简单”。

光学超材料通过调控结构单元的几何参数与空间排布，能突破传统材料的物理极限，对光的透射、反射、散射、衍射等传播行为以及相位、偏振等特性进行精准调控，从而实现光的偏转、隐身、聚焦、全息成像等一系列天然材料无法实现的光学功能。这种材料正在成像、计算、通信和能源等多个领域推动着技术变革，然而，其研究与应用仍面临两大瓶颈：一是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。二是制备高度依赖光刻等精密加工技术，效率低、成本高、制备周期长，难以实现大规模、低成本制造，严重制约了实用化进程。

针对以上瓶颈，研究团队创制出一种由周期性纳米晶格构成的微米尺度半球形结构，通过协同光子晶格与光学界面的耦合作用，对多尺度下的光学传输行为进行精准调控。在规模化制备方面，团队研发了高通量按需打印与卷对卷连续制造工艺，就像报纸印刷一样，将柔性基材从一个滚筒连续输送到另一个滚筒，连续完成纳米级精度打印成型。

这项成果不仅打破了高成本的技术壁垒，提升了量产效率，还能通过按需打印，为每一个超材料像素单元定制专属的光学性质，从而为定制化微纳光学研究开辟新思路。

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