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3D打印的白色塊狀材料，內有彎曲通道，可以引導光散射。圖片來源：格拉斯哥大學

本報訊（記者沈春蕾）近日，科學家們發現了一種可以使光線自行拐彎的技術。該技術靈感來自云層散射陽光，未來有望推動醫學成像、電子冷卻、核反應堆設計等進一步發展。11月1日，相關研究成果發表于《自然-物理》。

據介紹，該技術原理與云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理類似，一旦光子撞擊到這類材料的表面，它們就會向各個方向散射，且幾乎無法穿透材料或者沿著原路反射。例如，當陽光照射到一片由水滴組成的積雨云上時，它會從頂部反彈，使這部分云層看起來是明亮的白色，而由于到達云層底部的光線太少，以至于這部分看起來是灰色的。

“這些反彈的光子會向四周彈跳，試圖用各種方法進入材料內部。”英國格拉斯哥大學教授丹尼爾·法喬（Daniele Faccio）說，“最終，光子還是無法進入，并被反射回來。這就是散射。”

為了還原這一過程，研究團隊用3D打印技術打印出不透明的白色塊狀材料，同時在物體內部留下一些薄薄的透明樹脂隧道。當光線照射到白色塊狀材料時，會進入這些隧道并發生散射，就像光線照射在雪或云上發生反射一樣。研究團隊利用這一方法制備了一系列塊狀材料，以有組織地引導光線通過。

據了解，這些3D打印的物體在功能上類似于光纖電纜，但這兩者的工作原理有根本上的不同。光纖電纜通過內部不斷反射來引導光傳輸，當光試圖離開電纜內部的塑料或玻璃芯時，它們會撞擊另一種折射率較低的材料，并被反射回內部。用這種方式，光可以一次傳輸幾公里，甚至拐彎。

研究人員表示，與沒有透明隧道的實心塊狀材料相比，他們制備的塊狀材料將透光率提高了兩個數量級以上，還允許光線自行拐彎。雖然這種材料比光纖效率低很多，很難實現光纖所能達到的遠距離傳輸，但這種材料的優勢在于簡單且便宜。

讓光彎曲還可以在現有的半透明物體的隧道里實現，如脊柱中的肌腱和液體，為開展醫學成像提供了新方法。法喬說，其在冷卻系統和核反應堆等一系列工程應用中也有用武之地。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z

3D打印的白色塊狀材料，內有彎曲通道，可以引導光散射。圖片來源：格拉斯哥大學

本報訊（記者沈春蕾）近日，科學家們發現了一種可以使光線自行拐彎的技術。該技術靈感來自云層散射陽光，未來有望推動醫學成像、電子冷卻、核反應堆設計等進一步發展。11月1日，相關研究成果發表于《自然-物理》。

據介紹，該技術原理與云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理類似，一旦光子撞擊到這類材料的表面，它們就會向各個方向散射，且幾乎無法穿透材料或者沿著原路反射。例如，當陽光照射到一片由水滴組成的積雨云上時，它會從頂部反彈，使這部分云層看起來是明亮的白色，而由于到達云層底部的光線太少，以至于這部分看起來是灰色的。

“這些反彈的光子會向四周彈跳，試圖用各種方法進入材料內部。”英國格拉斯哥大學教授丹尼爾·法喬（Daniele Faccio）說，“最終，光子還是無法進入，并被反射回來。這就是散射。”

為了還原這一過程，研究團隊用3D打印技術打印出不透明的白色塊狀材料，同時在物體內部留下一些薄薄的透明樹脂隧道。當光線照射到白色塊狀材料時，會進入這些隧道并發生散射，就像光線照射在雪或云上發生反射一樣。研究團隊利用這一方法制備了一系列塊狀材料，以有組織地引導光線通過。

據了解，這些3D打印的物體在功能上類似于光纖電纜，但這兩者的工作原理有根本上的不同。光纖電纜通過內部不斷反射來引導光傳輸，當光試圖離開電纜內部的塑料或玻璃芯時，它們會撞擊另一種折射率較低的材料，并被反射回內部。用這種方式，光可以一次傳輸幾公里，甚至拐彎。

研究人員表示，與沒有透明隧道的實心塊狀材料相比，他們制備的塊狀材料將透光率提高了兩個數量級以上，還允許光線自行拐彎。雖然這種材料比光纖效率低很多，很難實現光纖所能達到的遠距離傳輸，但這種材料的優勢在于簡單且便宜。

讓光彎曲還可以在現有的半透明物體的隧道里實現，如脊柱中的肌腱和液體，為開展醫學成像提供了新方法。法喬說，其在冷卻系統和核反應堆等一系列工程應用中也有用武之地。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z