光学超材料研发获突破

让超材料生产“像印报纸一样简单”

中化新网讯 近日，中国科学院化学研究所研究员宋延林、副研究员李会增、博士李凯旋联合新加坡国立大学教授仇成伟、博士陈剑锋，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。

宋延林表示，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。