色彩艷麗的變色龍，蝴蝶，蛋白石以及現(xiàn)在的3D打印材料通過使用稱為光子晶體的納米級結(jié)構(gòu)來反射顏色。

《科學進展》雜志發(fā)表了一項新的研究，該研究證明了改進的3D打印過程如何提供一種從單一油墨產(chǎn)生多種顏色的通用方法。

自然界中一些最鮮艷的顏色來自稱為結(jié)構(gòu)著色的納米級現(xiàn)象。當光線從位于某些動物的機翼和皮膚以及某些礦物質(zhì)中的這些周期性放置的結(jié)構(gòu)反射時，它們會彼此進行相長干涉，從而放大某些波長并抑制其他波長。研究人員說，當結(jié)構(gòu)井然有序且足夠小時(比人的頭發(fā)小一千倍)，射線就會產(chǎn)生生動的色彩。

伊利諾伊大學香檳分?；瘜W和生物分子工程學教授Ying Diao說：“要在用于生產(chǎn)環(huán)保涂料和高選擇性濾光片的聚合物中復制這些鮮艷的色彩具有挑戰(zhàn)性。”“需要精確控制聚合物的合成和加工過程，以形成難以置信的薄而有序的層，從而產(chǎn)生我們在自然界看到的結(jié)構(gòu)顏色。”

該研究報告指出，通過在3-D打印過程中仔細調(diào)整結(jié)構(gòu)獨特的瓶狀刷狀聚合物的組裝過程，可以打印出具有可調(diào)整層厚度的光子晶體，該層的厚度可以反射一種墨水的可見光譜。

墨水包含具有兩個鍵合的，化學上不同的鏈段的支鏈聚合物。研究人員將材料溶解在溶液中，該溶液在印刷前就將聚合物鏈粘合在一起。印刷后以及溶液干燥后，各組分在微觀尺度上分離，形成納米級層，這些納米級層根據(jù)組裝速度表現(xiàn)出不同的物理特性。

化學與生物分子教授Damien Guironnet說：“聚合物合成的最大挑戰(zhàn)是將納米級組裝所需的精度與3-D打印過程所需的大量材料的生產(chǎn)結(jié)合起來。”工程。

在實驗室中，該團隊使用一種改進的家用3-D打印機來微調(diào)打印噴嘴在溫度受控表面上移動的速度。“通過控制墨水沉積的速度和溫度，我們可以控制組裝速度和內(nèi)層厚度(納米級)，這是普通3D打印機無法做到的，”研究生和Bijal Patel說道。研究。“這決定了光線將如何從它們反射出來，從而決定了我們看到的顏色。”

研究人員說，用這種方法獲得的色譜是有限的，但是他們正在努力通過更多地了解在此過程中多層形成的動力學來做出改進。

此外，該團隊正在努力擴大該過程的工業(yè)相關(guān)性，因為當前的方法不太適合大批量打印。迪奧說：“我們正在與美國密西根州的達米安·古龍網(wǎng)，查爾斯·辛和西蒙·羅杰斯小組合作，開發(fā)易于控制的聚合物和印刷工藝，使我們更接近于匹配自然產(chǎn)生的鮮艷色彩。”

帕特爾說：“這項工作突出了研究人員開始專注于3D打印的一種可實現(xiàn)的目標，這種方法只是將大塊材料放到有趣的形狀中。”“在這里，我們將直接在打印和更改新行為時更改材料的物理屬性。”