然而，隨著超材料設計日趨復雜多樣，以及由超材料構成的太赫茲系統集成度不斷提高，其制造加工面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。傳統上，加工適用于太赫茲波段的超材料結構主要依賴光刻與刻蝕技術，但這些方法工藝流程繁瑣、成本高昂，且在制造三維空腔或球形等復雜構型時存在明顯局限。增材制造技術的興起為超材料的制備開辟了新路徑。在眾多3D打印工藝中，雖然噴墨打印、立體光刻（SLA）、熔融沉積成型（FDM）及直接激光寫入（DLW）等技術應用廣泛，但它們通常難以滿足太赫茲超材料對打印精度和表面質量的要求。

基于此，中國計量大學信息工程學院井緒峰教授和洪治研究員等人設計和實驗制備了一種基于二氧化釩相變調控的花瓣狀超材料吸波器，并利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術與超聲噴涂薄膜法結合的方法制備兩款共形超材料樣品。這兩種方法的結合可以實現高精度復雜超材料樣品的制備，對微納領域可調諧超材料器件的研究提供了一定的幫助。研究成果以“3D Printed Metamaterial Absorber Based on Vanadium Dioxide Phase Transition Control Prepared at Room Temperature"為題發(fā)表在國際著名學術期刊《Laser ＆ Photonics Reviews》上。

圖1展示了該研究設計的兩種共形超材料結構：平面型結構與半球形結構。這兩種結構在宏觀上有平面型和半球形的差異，但是在微觀超材料周期單元上均為相同的花瓣狀超材料結構。平面型結構和半球形結構的3D打印樣品結構清晰且完整。圖2為摩方精密microArch^® S230（精度：2μm）3D打印花瓣狀超材料吸波器的流程以及超聲噴涂法涂覆二氧化釩薄膜的制備流程。在該研究中，超材料樣品使用的是光學精度2μm，層厚5μm的高精度低層厚的摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術。在制備完成的超材料樣品表面，使用超聲波噴涂設備在室溫下進行二氧化釩納米墨水超聲噴涂工藝。圖3利用太赫茲時域光譜儀（THz-TDS）對制備樣品進行了性能表征。在實驗測試過程中，采用了一種特殊的加熱方式——非接觸式加熱法。非接觸式加熱法是通過加熱樣品周圍的空氣，使得整個樣品處于一個溫度恒定的空間中，樣品的溫度可控、變化穩(wěn)定且受熱均勻。同時，加熱裝置不與樣品接觸，從而避免了其對樣品測試性能的影響。

圖1. 基于二氧化釩相變調控的3D打印花瓣狀超材料吸波器。(a) 平面型和 (b) 半球形花瓣狀超材料結構示意圖；(c) 平面型結構和半球形結構的3D打印樣品；表面噴涂二氧化釩薄膜后的 (d) 平面型和 (e) 半球形花瓣狀超材料結構示意圖；(f) 花瓣狀結構周期單元的尺寸示意圖。

圖2.  基于二氧化釩相變調控的花瓣狀超材料吸波器的制備流程。(a) 摩方面投影微立體光刻 (PμSL) 技術的打印流程以及 (b) 3D打印的超材料樣品示意圖；(c) 超聲噴涂法涂覆二氧化釩薄膜的制備流程以及 (d) 涂覆了二氧化釩薄膜的超材料樣品。

在二氧化釩處于絕緣態(tài)時，超材料吸波器的模擬吸收效果基本為0，當其處于金屬態(tài)時，超材料吸波器的吸收峰值可達99.5%，巨大的吸收差異顯示了其優(yōu)異的調制性能。實驗結果顯示，當二氧化釩處于絕緣態(tài)時，超材料樣品的吸收率基本為0，當二氧化釩處于金屬態(tài)時，超材料樣品的吸收率隨著頻率的升高而增強，峰值吸收率約為~ 0.937。在0 ~ 45°范圍內，半球形超材料樣品的吸收性能并未隨著入射角度的改變而明顯變化，這意味著制備的半球形超材料樣品對于入射角度是不敏感的。實驗結果與仿真計算的高度吻合證明了本研究方法的穩(wěn)定性。該方法為太赫茲可調諧超材料器件的設計、制備與測試提供了新的方案，在太赫茲調制器、隱身器件、光開關等領域具有極大的應用前景。