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2026年第4篇与3D打印技术相关的nature正刊文章于4月22日发表。中国科学院化学研究所联合新加坡国立大学发表了题为“Printable meta-assemblies enable synergetic colouration（可打印元组装实现协同着色）”的文章。
该研究成功开发出一种“卷对卷”纳米3D打印技术，使用普通材料，就能像印报纸一样高精度、大规模、低成本的制造出光学超材料，从而让对光的人为操控更加精准且简单，未来有望在光子信息、医学检测等领域起到重要推动作用。
什么是光学超材料
自然界中存在的很多鲜艳颜色，如蝴蝶翅膀或孔雀羽毛，源于微观结构对光的干涉、衍射等作用，如果能成功复制这种结构，就可以实现对光进行主动精准操控，这就是光学超材料的研究范畴，它也是下一代通信、成像、高端制造的关键核心材料。
但长期以来，人工制造这些结构面临两大困境，首先是难以规模化，其次是实现的光学效应很单一。
解决的核心问题
面对以上难题，研究团队开发出了“卷对卷”增材纳米打印设备，柔性基材在滚筒间连续输送，就能以纳米级精度快速打印出光学超材料，实现了低成本、规模化和个性化定制。
在打印材料方面，选用的是单分散的核壳结构聚苯乙烯（PS）纳米颗粒与甲酰胺溶剂混合墨水，在打印过程中能够稳定喷射；打印基底选用的是疏水且粘附度低的硅基或玻璃基底。
整个制造过程演示
喷墨过程演示，单液滴中含有大量纳米颗粒
包含纳米颗粒的墨水被精确沉积在基底上后，溶剂会因基底温度较高而挥发，液滴中的纳米颗粒通过毛细力自组装成六方密排结构，这就是光子晶体。通过调节墨水的浓度或控制打印层数，可以实现光子晶体的尺寸调节。
此时的光子晶体非常脆弱，随后，在这些固化的光子晶体上，涂覆一层液态聚二甲基硅氧烷（PDMS），它能渗入纳米颗粒之间的微小空隙，通过热结合固化（可红外灯照射）后形成交联网络，从而把纳米颗粒牢牢固定住，使整个结构具备机械强度。
纳米颗粒自组装后涂覆一层液态PDMS固定形状
该过程后，可将打印的结构从基底上剥离，从而完成最终的“纳米颗粒或光学器件组装制造”。
需要注意的是，PDMS固化后形成了连续的薄膜，将所有自组装成的光子晶体连成了一片，从而呈现出研究中看到的头像图案。
笔者注意到，整个流程可以在一卷柔性薄膜上进行，这种制造数量可以达到百万量级。通过以上方式，研究人员解决了大批量、高精度制造的难题，而且成本低。
研究解决的另一个问题是如何操控光。
最终形成的光子晶体呈现凹坑形状，光会在其中产生多次干涉，从而产生与中心不同的颜色。因此，研究人员能够通过调控墨水的浓度改变纳米球的直径、凹坑的直径、多层打印等手段来调节光在其中的作用效果，进而显示出不同的颜色。
科研团队通过以上手段，设计出了类似“光子织物”的多尺度微纳结构，既能像万花筒一样呈现丰富色彩，又能精准控制光的传播与色散。
有望解锁新应用
该研究所展示的超材料3D打印平台，能够根据设计精确控制每一个微小单元的连续生产，能够将光学超材料生产从实验室过渡到工业生产级别。
而且，该工艺能够实现扩展制造，光学架构可定制，且成本制造低。所制造的光学器件不需要复杂的后处理，防水、耐搓、不褪色，具备很好的稳定性，从而在信息安全到智能显示等实用着色场景中具有巨大应用潜力。
此前，光学材料如要做到多功能、好量产非常难，该研究很好的兼顾了两种需求。同时，这一方案为后续研究提供了一个新思路，通过换用其他材料，或能解锁更多有趣的功能。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。
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