香港
2026年第4篇與3D打印技術相關的nature正刊文章于4月22日發表。中國科學院化學研究所聯合新加坡國立大學發表了題為“Printable meta-assemblies enable synergetic colouration（可打印元組裝實現協同著色）”的文章。
該研究成功開發出一種“卷對卷”納米3D打印技術，使用普通材料，就能像印報紙一樣高精度、大規模、低成本的制造出光學超材料，從而讓對光的人為操控更加精準且簡單，未來有望在光子信息、醫學檢測等領域起到重要推動作用。
什么是光學超材料
自然界中存在的很多鮮艷顏色，如蝴蝶翅膀或孔雀羽毛，源于微觀結構對光的干涉、衍射等作用，如果能成功復制這種結構，就可以實現對光進行主動精準操控，這就是光學超材料的研究范疇，它也是下一代通信、成像、高端制造的關鍵核心材料。
但長期以來，人工制造這些結構面臨兩大困境，首先是難以規模化，其次是實現的光學效應很單一。
解決的核心問題
面對以上難題，研究團隊開發出了“卷對卷”增材納米打印設備，柔性基材在滾筒間連續輸送，就能以納米級精度快速打印出光學超材料，實現了低成本、規模化和個性化定制。
在打印材料方面，選用的是單分散的核殼結構聚苯乙烯（PS）納米顆粒與甲酰胺溶劑混合墨水，在打印過程中能夠穩定噴射；打印基底選用的是疏水且粘附度低的硅基或玻璃基底。
整個制造過程演示
噴墨過程演示，單液滴中含有大量納米顆粒
包含納米顆粒的墨水被精確沉積在基底上后，溶劑會因基底溫度較高而揮發，液滴中的納米顆粒通過毛細力自組裝成六方密排結構，這就是光子晶體。通過調節墨水的濃度或控制打印層數，可以實現光子晶體的尺寸調節。
此時的光子晶體非常脆弱，隨后，在這些固化的光子晶體上，涂覆一層液態聚二甲基硅氧烷（PDMS），它能滲入納米顆粒之間的微小空隙，通過熱結合固化（可紅外燈照射）后形成交聯網絡，從而把納米顆粒牢牢固定住，使整個結構具備機械強度。
納米顆粒自組裝后涂覆一層液態PDMS固定形狀
該過程后，可將打印的結構從基底上剝離，從而完成最終的“納米顆粒或光學器件組裝制造”。
需要注意的是，PDMS固化后形成了連續的薄膜，將所有自組裝成的光子晶體連成了一片，從而呈現出研究中看到的頭像圖案。
筆者注意到，整個流程可以在一卷柔性薄膜上進行，這種制造數量可以達到百萬量級。通過以上方式，研究人員解決了大批量、高精度制造的難題，而且成本低。
研究解決的另一個問題是如何操控光。
最終形成的光子晶體呈現凹坑形狀，光會在其中產生多次干涉，從而產生與中心不同的顏色。因此，研究人員能夠通過調控墨水的濃度改變納米球的直徑、凹坑的直徑、多層打印等手段來調節光在其中的作用效果，進而顯示出不同的顏色。
科研團隊通過以上手段，設計出了類似“光子織物”的多尺度微納結構，既能像萬花筒一樣呈現豐富色彩，又能精準控制光的傳播與色散。
有望解鎖新應用
該研究所展示的超材料3D打印平臺，能夠根據設計精確控制每一個微小單元的連續生產，能夠將光學超材料生產從實驗室過渡到工業生產級別。
而且，該工藝能夠實現擴展制造，光學架構可定制，且成本制造低。所制造的光學器件不需要復雜的后處理，防水、耐搓、不褪色，具備很好的穩定性，從而在信息安全到智能顯示等實用著色場景中具有巨大應用潛力。
此前，光學材料如要做到多功能、好量產非常難，該研究很好的兼顧了兩種需求。同時，這一方案為后續研究提供了一個新思路，通過換用其他材料，或能解鎖更多有趣的功能。
注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。
歡迎轉發
1.
2.
3.
4.
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
