中國科學院化學研究所與新加坡國立大學的研究團隊攜手，在光學超材料領域取得突破性進展。他們提出了一種全新的多尺度光學超材料打印范式，成功實現了材料光學特性與結構設計的協同優化。這一成果不僅解決了光學超材料在低成本、規模化與個性化量產之間的長期矛盾，更為微納光子學應用開辟了新路徑，相關研究已發表于國際權威學術期刊《自然》。
光學超材料被譽為下一代光電子、通信與成像技術的核心底層技術。與傳統材料僅依賴自身光學性質不同，它能夠通過精確設計結構主動操控光的傳播，推動光學從“被動利用”邁向“主動設計”。然而，該領域長期面臨兩大挑戰：一是單一尺度結構限制了材料功能的多樣性，導致性能調控維度不足；二是依賴光刻等精密加工技術的制備方式效率低下、成本高昂，難以實現大規模應用。
研究團隊從結構創新入手，設計出一種由周期性納米晶格構成的微米尺度半球形結構。這種結構通過光子晶格與光學界面的耦合作用，能夠精準調控多尺度下的光學傳輸行為，使單元結構呈現出如萬花筒般豐富的色彩變化。在制備工藝上，團隊開發了高通量按需打印與卷對卷連續制造技術——柔性基材在兩個滾筒間連續輸送，同步完成納米級精度的打印成型，如同報紙印刷般高效。這一技術可將低成本聚合物納米材料快速轉化為單像素性能可定制的光學超材料，實現跨多個尺度的精準制造。
該超材料還展現出優異的柔性與環境穩定性，為柔性可穿戴光學設備、智能傳感等新興領域的應用提供了可能。《自然》期刊審稿人評價稱，研究提出的可打印超組裝策略極具創新性與吸引力，為光學超材料研究注入了新活力。
研究團隊負責人表示，這項成果是材料科學、微納光學與先進制造深度融合的產物。卷對卷增材納米打印技術將光學超材料的生產效率提升至新高度，不僅打破了高成本壁壘，還能通過按需打印為每個超材料像素單元定制光學性質，為定制化微納光學研究提供了全新思路。目前，團隊正圍繞該技術研發新一代高靈敏光學傳感芯片，進一步挖掘材料本征特性與人工結構設計的協同潛力。
