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光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。

3D打印技术为构建复杂的三维光子晶体结构提供了可能。然而，常见的喷墨打印、直写打印与熔融沉积方法受限于构造三维结构的自由度、繁琐冗长的平衡着色过程以及较弱的体积结构色性质，阻碍了进一步应用。虽有报道利用非连续的3D打印实现三维光子晶体的快速制备，但粗糙的表面形貌和低保真性难以满足光学器件的要求。因此，如何通过简单易行的方法，快速制备具有光滑表面和明亮体积结构色的复杂三维光子晶体结构仍是挑战。

近日，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林、副研究员吴磊等，利用氢键辅助的胶体颗粒墨水，基于连续数字光处理(DLP)3D打印技术，实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构的制备。氢键诱导的胶体颗粒的均匀分散及连续固化方式的协同作用，使得胶体颗粒在连续打印过程中在各个固化层内发生限域组装，从而赋予三维光子晶体体积结构色特性。该研究通过控制胶体颗粒的粒径和打印速度，可以精细调控组装出的结构色。基于此，研究可快速制备出单一或多结构色的复杂三维结构，并打印出具有光滑内外表面、低光学损耗及图案、色彩可调控的光传输结构。科研人员利用该方法打印的三维光子晶体结构具有角度依赖特性、优异的形状保真性、光滑的表面形貌与高精度，这对创新结构色的制备方法以及扩展3D打印的应用具有重要意义。

相关研究成果Continuous resin refilling and hydrogen bond synergistically assisted 3D structural color printing于近日发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。

参考资料来源：中科院化学研究所

关键词： 光子晶体 三维结构 化学研究所