Изследователят Сонг Янлин показва продукти в лабораторията на Института по химия, Китайската академия на науките, в Пекин, 20 април 2026 г. [Photo/Xinhua]
Чудили ли сте се някога защо опашката на паун блести с брилянтно синьо и зелено или защо крилете на пеперуда проблясват с цветове, които никога не избледняват? Това не са бои или багрила, а „структурни цветове“ — нюанси, създадени изцяло от микроскопични структури, които улавят, огъват и разпръскват светлината.
Години наред учените се стремят да имитират подхода на природата за производство на ярки, дълготрайни цветове за приложения, вариращи от етикети против фалшифициране до гъвкави дисплеи. Сега изследователите се приближиха една стъпка по-близо, като разработиха нов тип оптичен метаматериал, който позволява по-прецизен контрол върху микроскопичната архитектура, заедно с производствен метод, който е толкова бърз и евтин, колкото отпечатването на вестник. Техните открития бяха публикувани в списание Nature в сряда.
Оптичният метаматериал може да се разбира като специално изработена „тъкан за светлина“. За разлика от традиционните материали, които разчитат на естествени свойства – като витражи, произвеждащи цветове чрез пречупване – учените проектират изкуствени структури в мащаби, по-малки от кичур коса. Тези градивни елементи, обикновено подредени в повтарящи се решетки или стълбове, могат да манипулират фазата, поляризацията и разпространението на светлината по начини, които надхвърлят границите на естествените материали.
Едно ключово приложение е структурното оцветяване, при което микроскопичните шарки са настроени да произвеждат широка гама от цветове без пигменти. Това може да доведе до устойчиви на избледняване бои, сигурни холограми и енергийно ефективни дисплеи. Отвъд цвета, оптичните метаматериали се считат широко за основополагаща технология за напредък в оптиката от следващо поколение, комуникациите, производството от висок клас и военната отбрана.
Въпреки това, повечето предишни изследвания се фокусираха върху структури с един мащаб – като наличието на само един инструмент в оркестър – оставяйки много свойства на светлината лошо контролирани. Производството изисква и прецизни инструменти като електронно-лъчева литография, която е бавна и скъпа. Производството на проба, малка колкото нокът, може да отнеме дни, ограничавайки тези материали до голяма степен до лабораторни условия.
Сега изследователски екип от Китайската академия на науките и Националния университет на Сингапур се занимава с дългогодишния компромис между високо качество, персонализиране и ниска цена.
Екипът проектира нова многомащабна структура – микромащабен полусферичен купол, изграден от периодични наномащабни кристални решетки. Тази двумащабна структура работи като симфоничен оркестър: различни физически ефекти си взаимодействат, за да контролират различни свойства на светлината, давайки на учените много по-богат набор от „копчета за управление“. Трябва да се отбележи, че комбинацията от множество ефекти създава синергия, в която цялото е по-голямо от сбора на неговите части.
Изследователите също така разработиха система за нанопечат от ролка до ролка. Той работи на същия непрекъснат, високоскоростен принцип, използван за отпечатване на вестници и списания: гъвкав пластмасов лист се развива от една ролка, преминава през високопрецизен принтер, който отлага наномащабни шарки, и след това се навива от другата страна – завършен.
Използвайки този метод, екипът мащабира материала от тестови парчета с размери милиметър до листове с ширина метър – хилядократно увеличение – без загуба на качество.
Рецензенти на Nature похвалиха пробива, като отбелязаха, че стратегията за печат е нова и привлекателна.
Song Yanlin, съответният автор на изследването и изследовател в Института по химия на Китайската академия на науките, каза, че работата представлява дълбока интеграция на науката за материалите, микро-нано оптиката и напредналото производство.
„Нашата технология за нанопечат от ролка до ролка прави производството на оптични метаматериали толкова просто и ефективно, колкото отпечатването на вестник или книга“, каза Сонг. „Той не само разрушава бариерата с високите разходи и повишава ефективността на производството, но също така ни позволява да приспособим оптичните свойства на всеки отделен метаматериален пиксел при поискване, отваряйки изцяло нови възможности за персонализирани микро-нано оптични изследвания.“
Li Kaixuan, първият автор на изследването и завършил докторска степен в Института по химия, каза, че метаматериален филм с размери 1 метър дължина и 30 сантиметра ширина може да бъде отпечатан само за 10 минути. Функционалното мастило от полистиролови наночастици, необходимо за производството на материал с такъв размер, използва само 1 милилитър, демонстрирайки висока ефективност, с цена не повече от 10 юана ($1,5) на милилитър.
Ли също така подчерта широките перспективи за приложение на технологията. Те включват високочувствителни биосензорни чипове, които могат да усилват оптичните сигнали от вируси, правейки откриваеми дори „скрити“ вируси, както и фотонни чипове за VR, AR и други области, където спомагат за повишаване на ефективността на предаване.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта