廈(sha)大孫(sun)道恒(heng)教授(shou)課題組《Small》：在超(chao)材(cai)料制(zhi)造領(ling)域(yu)取得(de)新(xin)進(jin)展

當(dang)前(qian)，超(chao)材(cai)料制(zhi)造工(gong)藝(yi)主要(yao)有印刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)(PCB)、光刻(ke)、電(dian)子(zi)束刻(ke)蝕等，然(ran)而(er)這(zhe)些工(gong)藝(yi)在3D超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)制(zhi)造方面(mian)普(pu)遍(bian)存在步(bu)驟(zhou)繁(fan)瑣(suo)、成本(ben)高、耗(hao)時(shi)長等問(wen)題，不(bu)易(yi)與曲面(mian)共(gong)形(xing)，難(nan)以(yi)滿足實(shi)際應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)。3D、曲(qu)面(mian)共(gong)形(xing)壹(yi)體(ti)化(hua)超(chao)材(cai)料的(de)制造(zao)仍然是壹(yi)項(xiang)重(zhong)大(da)挑(tiao)戰(zhan)。

近(jin)日(ri)，廈門(men)大(da)學航空(kong)航天(tian)學院(yuan)孫(sun)道恒(heng)教授(shou)課題組基(ji)於面(mian)投(tou)影微(wei)立(li)體光刻(ke)(PµSL)3D打(da)印技術(shu)（microArch S240，摩方精(jing)密(mi)）結(jie)合液(ye)態(tai)金屬(shu)填(tian)充方法(fa)制(zhi)備了3D正交(jiao)開口(kou)諧振(zhen)環及曲面(mian)共(gong)形(xing)超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)，其(qi)嵌(qian)入式(shi)結(jie)構(gou)特(te)征(zheng)可有效保(bao)護金屬(shu)諧振(zhen)層免(mian)受(shou)外(wai)部(bu)環境(jing)影(ying)響(xiang)，且(qie)具有宏-微(wei)、結(jie)構(gou)-功(gong)能壹(yi)體(ti)化(hua)成型(xing)的(de)優勢(shi)。

圖(tu)1 3D打(da)印嵌(qian)入式(shi)超(chao)材(cai)料制(zhi)備流(liu)程

圖(tu)2 正交(jiao)開口(kou)諧振(zhen)環超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)及尺(chi)寸：(a) 平(ping)面(mian)型(xing)；(b) 半(ban)球形(xing)仿復(fu)眼(yan)超(chao)材(cai)料 (單(dan)元尺(chi)寸為(wei)1.25mm)

工(gong)藝(yi)流程如(ru)圖1所示，首先(xian)使用(yong)精(jing)度為(wei)10μm的(de)3D打(da)印機(ji)（microArch S240，摩(mo)方精(jing)密(mi)）制(zhi)備(bei)帶(dai)有超(chao)材(cai)料微(wei)結(jie)構(gou)空(kong)腔的模型(xing)，再利用(yong)液(ye)態(tai)金屬(shu)真空填(tian)充方法(fa)制(zhi)備超(chao)材(cai)料金(jin)屬(shu)微(wei)結(jie)構(gou)。超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)尺(chi)寸如(ru)圖2所示，開口(kou)諧振(zhen)環截(jie)面(mian)尺(chi)寸為(wei)0.1mm×0.2mm，頂(ding)部(bu)開口(kou)尺(chi)寸為(wei)0.3mm，諧振(zhen)環外(wai)徑為(wei)1mm。

圖(tu)3 液(ye)態(tai)金屬(shu)填(tian)充及超(chao)材(cai)料性能測試(shi)：(a-b) 平(ping)面(mian)型(xing)及仿生(sheng)復眼(yan)曲(qu)面(mian)共(gong)形(xing)超(chao)材(cai)料液(ye)態(tai)金屬(shu)填(tian)充前(qian)與填(tian)充後；(c-d) 超(chao)材(cai)料傳(chuan)輸(shu)性能測試(shi)

圖(tu)3(a)為(wei)3D打(da)印的(de)3D正交(jiao)開口(kou)諧振(zhen)環、仿復(fu)眼(yan)曲(qu)面(mian)共(gong)形(xing)超(chao)材(cai)料及局部(bu)放(fang)大(da)圖，圖(tu)3(b)為(wei)填(tian)充液(ye)態(tai)金屬(shu)後的超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)及其局部(bu)放(fang)大(da)。在液(ye)態(tai)金屬(shu)填(tian)充滿超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)空(kong)腔後，采(cai)用(yong)光敏樹脂(zhi)塗(tu)覆在液(ye)態(tai)金屬(shu)填(tian)充入口(kou)處(chu)並(bing)用(yong)紫外(wai)燈照(zhao)射(she)固化(hua)以(yi)密(mi)封入口(kou)。圖(tu)3(c-d)為(wei)平面(mian)型(xing)及曲面(mian)共(gong)形(xing)超(chao)材(cai)料測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)。

該(gai)研究將(jiang)3D打(da)印的(de)靈(ling)活(huo)性與液(ye)態(tai)金屬(shu)的易流(liu)動、易(yi)填(tian)充性相(xiang)結(jie)合，使超(chao)材(cai)料制(zhi)造不(bu)再受(shou)限(xian)於復雜(za)結(jie)構(gou)，開辟了壹(yi)類復雜(za)超(chao)材(cai)料結(jie)構(gou)制(zhi)造新方法(fa)。為(wei)超(chao)材(cai)料的(de)結構(gou)創(chuang)新、功能創新(xin)及應(ying)用(yong)創新奠(dian)定(ding)工(gong)藝(yi)基(ji)礎，拓展(zhan)了共(gong)形(xing)超(chao)材(cai)料的(de)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)，如(ru)3D光學/電(dian)磁(ci)隱(yin)身衣、智(zhi)能蒙皮(pi)、超(chao)透鏡(jing)等。

該(gai)成果(guo)以(yi)題為(wei)“3D Printed Embedded Metamaterials"發表(biao)於國(guo)際(ji)期(qi)刊(kan)《Small》(IF = 13.281)上(shang)，論(lun)文通訊(xun)作者(zhe)為(wei)廈(sha)門(men)大(da)學航空(kong)航天(tian)學院(yuan)孫(sun)道恒(heng)教授(shou)和(he)陳(chen)沁(qin)楠(nan)助理(li)教授(shou)，第(di)壹(yi)作者(zhe)為(wei)廈(sha)門(men)大(da)學航空(kong)航天(tian)學院(yuan)博(bo)士生(sheng)張昆鵬。該(gai)研究得(de)到(dao)了國(guo)家自然科學基(ji)金(51975498、U1505243、U2005214)和(he)深圳市(shi)科技創(chuang)新委員(yuan)會(hui)技術(shu)攻(gong)關面(mian)上(shang)項(xiang)目(mu)(JSGG20201102165202007)的(de)支持與資助。

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https://doi.org/10.1002/smll.202103262