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光子晶體是指具有光子帶隙(PhotonicBand-Gap，簡稱為PBG)特性的人造周期性電介質結構，有時也稱為PBG光子晶體結構。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結構中傳播，即這種結構本身存在“禁帶”。原則上人們可以通過設計和制造光子晶體及其器件，達到控制光子運動的目的。光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現，使人們操縱和控制光子的夢想成為可能。

3D打印技術為構建復雜的三維光子晶體結構提供了可能。然而，常見的噴墨打印、直寫打印與熔融沉積方法受限于構造三維結構的自由度、繁瑣冗長的平衡著色過程以及較弱的體積結構色性質，阻礙了進一步應用。雖有報道利用非連續(xù)的3D打印實現三維光子晶體的快速制備，但粗糙的表面形貌和低保真性難以滿足光學器件的要求。因此，如何通過簡單易行的方法，快速制備具有光滑表面和明亮體積結構色的復雜三維光子晶體結構仍是挑戰(zhàn)。

近日，中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室研究員宋延林、副研究員吳磊等，利用氫鍵輔助的膠體顆粒墨水，基于連續(xù)數字光處理(DLP)3D打印技術，實現了具有明亮結構色的三維光子晶體結構的制備。氫鍵誘導的膠體顆粒的均勻分散及連續(xù)固化方式的協同作用，使得膠體顆粒在連續(xù)打印過程中在各個固化層內發(fā)生限域組裝，從而賦予三維光子晶體體積結構色特性。該研究通過控制膠體顆粒的粒徑和打印速度，可以精細調控組裝出的結構色。基于此，研究可快速制備出單一或多結構色的復雜三維結構，并打印出具有光滑內外表面、低光學損耗及圖案、色彩可調控的光傳輸結構。科研人員利用該方法打印的三維光子晶體結構具有角度依賴特性、優(yōu)異的形狀保真性、光滑的表面形貌與高精度，這對創(chuàng)新結構色的制備方法以及擴展3D打印的應用具有重要意義。

相關研究成果Continuous resin refilling and hydrogen bond synergistically assisted 3D structural color printing于近日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

參考資料來源：中科院化學研究所

關鍵詞： 光子晶體 三維結構 化學研究所