2025.05.10

在先进制造领域，利用各类树脂单体和定制化设备进行的研究已十分广泛。然而，受限于挤出式制造方法固有的尺寸约束，多材料微细加工工具的发展仍然受限。此外，以往研究主要将单体用作“惰性”树脂，极少关注在制造过程中改变其材料特性。

针对上述挑战，我们联合马普所Metin Sitti教授、香港中文大学张立教授、合肥综合性国家科学中心盛书荣以及香港中文大学（深圳）俞江帆教授等提出了一种创新的“场耦合先进制造”方法。该方法的核心在于将外部激励场与3D打印过程相结合，从而在制造过程中动态调控“动态”树脂的特性。作为概念验证，研究团队成功开发了电场耦合双光子聚合（EF-TPP）技术，用于制造具有结构色的微结构。

结构色领域长期面临制造方法和树脂材料有限的瓶颈。为此，本研究推出的EF-TPP系统实现了三维结构彩色微结构的制造。该技术通过将电场与双光子聚合（TPP）工艺耦合，显著增强了3D打印能力，允许以自下而上的方式精准构建结构色微结构。

该方法的突破性优势在于：它成功整合了现有的电调谐螺旋胆甾相液晶，使得在打印过程中不仅能调制结构色，还能同步加快打印速度。这一创新使得无需更换树脂墨水，即可制造出呈现多种结构色的微结构。通过省去传统的光刻步骤，EF-TPP系统践行了绿色制造理念，并为制造动态的、微尺度的结构色器件引入了一种非常规的新范式。

此外，这种集成电场的双光子光刻系统，为推进场耦合制造方法论的发展提供了基础性策略，有望在动态功能材料制造、微光学器件及先进传感器等领域开辟新的应用前景。

论文信息：

Wei Feng, Shurong Sheng, Jiaqing He, Xiaopu Wang, Jiaqi Zhu, Jiangfan Yu, Jianhua Zhang, Fan Wang, Li Zhang, Metin Sitti, Electric field-coupled two-photon polymerization system for on-demand modulation of 3D-printed structural color. PNAS Nexus 2025, 4 (5), pgaf074.

https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgaf074