在一场科学活动上，中国科学院院士褚君浩曾演示过“光学隐身”——一块光学面板在旋转过一定角度后，他的下半身“消失不见”了。这种可隐身的特殊材料就是一种光学超材料。
光学超材料的诞生，使人类获得了自由调控光场的能力：通过人工微纳结构的精确设计，我们不仅能实现科幻般的“光学隐身”，还能构建出性能远超传统器件的超高速光学芯片。在不久的未来，这种前沿材料或许可以像印刷报纸一样，一卷接一卷地“印”出来。
这一听起来十分科幻的情节，刚刚被中国科学家搬到了现实中。4月22日深夜，国际学术期刊《自然》发表了一项来自中国科学院化学研究所宋延林研究员团队与新加坡国立大学仇成伟教授团队的突破性成果。他们提出了打印多尺度光学超材料的全新范式，自主研发出一套“卷对卷增材纳米打印制造设备”，首次实现了光学超材料的低成本、规模化、个性化生产，让这一前沿材料的制造“像印报纸一样简单”。
跨尺度光学集成打印系统示意图
下一代光电核心底层技术
自然界天然存在的材料，比如玻璃、水、钻石，它们对光的“操控”能力是固定的。300多年前，牛顿利用三棱镜揭示了光的色散现象；上世纪初，爱因斯坦提出光的波粒二象性理论，奠定了现代光学的基础。时至今日，科学家则希望通过人工从头设计的几何结构来获得天然材料不具备的超常光学性质。
光学超材料就是一块人类可以自行设计的“光子织物”，通过精心编织纳米尺度的结构单元，科学家能让光做出各种“违反直觉”的动作，例如偏转、隐身、聚焦、全息成像等。因此，它将是下一代光电子、通信、成像的核心底层技术，尤其对高端制造及能源领域至关重要。
从“一厘米造几天”到成卷“印刷”
然而，过去由于制造这种材料堪比绣花，需要极其昂贵的电子束光刻等精密加工，成本高、效率低、1厘米的材料制备周期往往长达几天，因此难以走出实验室。而且，大多数研究只停留在单一尺度的结构上，所研发的材料功能受限。
这一次，研究团队另辟蹊径，设计出一种全新的微米尺度半球形结构，内部包含周期性排列的纳米晶格。这种设计就好比让新材料能从宏观“地形”和微观“纹理”两个维度，协同调控光的传播路径。这使得光学超材料的单元结构呈现丰富的色彩变幻，犹如万花筒般，在不同角度呈现千变万化的色彩。通过精准调控，科研人员还能独立控制“体色散”和“界面色散”，实现从微观到宏观的跨尺度光学集成。
更值得一提的是，团队研发的卷对卷连续打印工艺，让人类操控光的能力，从“精雕细琢”迈向了“批量印刷”。让柔性基材从一个滚筒输送到另一个滚筒，连续完成纳米级精度的打印成型——这完全改变了过去光学超材料只能“一个造完、再造一个”的模式。
未来可贴于衣服、皮肤
《自然》审稿人对这一成果不吝赞美之词：“这项成果太有意思了，所开发的可打印超组装策略新颖且有吸引力。”而且，这种材料柔软、稳定，未来可贴在衣服上、皮肤上，用于可穿戴光学设备、智能传感、防伪成像等领域。
论文通讯作者宋延林研究员表示，这项成果不仅是制造技术的突破，更是一种全新的研究范式——让材料本征特性与人工结构设计协同发挥作用，“未来，将可应用到高灵敏光学传感芯片、绿色光子能源等领域中”。
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