【Nature】宋延林课题组在打印创制光学超材料方面取得重要进展

发布时间：2026-04-22

光学超材料通过对人工微纳结构的精准设计，可突破传统材料的物理极限，实现对光的传播、散射、相位等特性的高效精准调控，成为支撑新一代信息技术与高端装备发展的材料基础。然而，当前光学超材料受结构尺度单一、性能调控受限、加工工艺复杂等瓶颈制约，难以广泛应用。

在国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所绿色印刷实验室宋延林研究团队在打印创制光学超材料方面取得了系列进展（Sci. Adv., 2021, 7, eabh1992; Adv. Mater., 2025, 37, e09818; Adv. Funct.Mater., 2024, 34, 2404706; ACS Nano, 2022, 16, 14838; Adv. Funct.Mater., 2025, 35, 2420550; iScience, 2021, 24, 2）。

最近，该团队联合新加坡国立大学等单位，提出高效精准打印超材料的策略，构建了多尺度光学超材料制备的全新范式，成功实现了跨越7个数量级的多模态光学超材料低成本、规模化可控制备与精准集成，攻克了光学超材料领域纳米级高精度构筑与规模化制备难以兼顾的瓶颈。

研究团队以精准打印创制新物性为核心思想，自主研发了纳米打印系统，集成高通量喷墨打印、卷对卷连续制造与界面自组装精准调控技术，实现了多模态光学超材料的稳定可控连续制备。通过打印多尺度光学超结构，可精确调控光子带隙、光散射、全内反射等多重光学机制；通过精准调控光子晶格常数与界面尺寸，可对光子带隙与光程差进行定量控制，进而实现对体色散与界面色散的高精度调制；通过集成打印，能够将不同晶格常数、不同尺寸的光学超材料单元高精度图案化，实现从纳米到宏观的跨尺度光学集成与性能定制。

该研究突破了光学超材料低成本、定制化与量产难以兼顾的困境，为多尺度光学新物性的创制及微纳光子学的广泛应用开辟了新途径。相关研究成果近日发表于Nature期刊（Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10408-8）。论文的共同第一作者为李凯旋博士、陈剑锋博士，通讯作者为化学研究所宋延林研究员、李会增副研究员和新加坡国立大学仇成伟教授。

图1. 打印创制多尺度光学超材料。（a）多尺度超材料基元结构设计示意图；（b）基元结构在不同波长光作用下的场强分布；（c）打印创制超材料的制备流程和结构表征；（d）自主研发的卷对卷纳米集成打印装置示意图及打印结果

绿色印刷实验室

2026年4月23日

http://ic.cas.cn/news/kyjz/202604/t20260422_8190105.html