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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(zhì)結(jié)構(gòu)，有時也稱為PBG光子晶體結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”。原則上人們可以通過設(shè)計和制造光子晶體及其器件，達(dá)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(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢想成為可能。

3D打印技術(shù)為構(gòu)建復(fù)雜的三維光子晶體結(jié)構(gòu)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(gòu)造三維結(jié)構(gòu)的自由度、繁瑣冗長的平衡著色過程以及較弱的體積結(jié)構(gòu)色性質(zhì)，阻礙了進(jìn)一步應(yīng)用。雖有報道利用非連續(xù)的3D打印實現(xiàn)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(xué)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(jié)構(gòu)色的復(fù)雜三維光子晶體結(jié)構(gòu)仍是挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(xué)院化學(xué)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(shù)字光處理(DLP)3D打印技術(shù)，實現(xiàn)了具有明亮結(jié)構(gòu)色的三維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備。氫鍵誘導(dǎo)的膠體顆粒的均勻分散及連續(xù)固化方式的協(xié)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(nèi)發(fā)生限域組裝，從而賦予三維光子晶體體積結(jié)構(gòu)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(xì)調(diào)控組裝出的結(jié)構(gòu)色?；诖?，研究可快速制備出單一或多結(jié)構(gòu)色的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，并打印出具有光滑內(nèi)外表面、低光學(xué)損耗及圖案、色彩可調(diào)控的光傳輸結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T利用該方法打印的三維光子晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)色的制備方法以及擴展3D打印的應(yīng)用具有重要意義。

相關(guān)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(xué)研究所

關(guān)鍵詞： 光子晶體 三維結(jié)構(gòu) 化學(xué)研究所