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单一油墨如何产生多种颜色?改进3D打印过程即可

来源:原创

发布时间:2020-06-11 12:08:11

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aau讯(编辑 卢晶)近日,《科学进展》杂志发表了一项新的研究,该研究证明如何通过改进3D打印过程以提供一种从单一油墨产生多种颜色的通用方法。

 

据了解,自然界中一些最鲜艳的颜色来自称为结构着色的纳米级现象。当光线从位于某些动物的翅膀和皮肤以及某些矿物质的周期性放置的结构反射时,它们会彼此进行长时间的干涉,从而放大某些波长并抑制其他波长。研究人员说,当这些结构很清晰且足够小时(比人的头发小一千倍),射线会产生生动的色彩。

 

单一油墨如何产生多种颜色?改进3D打印过程即可

化学与生物分子工程教授教授

 

 

据伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)高级化学和生物分子工程教授、项目研究负责人Ying Diao表示:“要在用于生产环保涂料和高选择性滤光片等产品的聚合物中再现这些鲜艳的色彩具有挑战性。需要精确控制聚合物的合成和加工,以形成令人难以置信的薄而有序的层,这些层产生我们在自然界中看到的结构颜色。”

 

该研究报告指出,通过在3D打印过程中仔细调整聚合物打印的组装过程,可以打印具有可调整层厚度的光子晶体,该层的厚度可以反射来自单一墨水的可见光谱。

 

墨水包含具有两个键合且在化学上不同链段的支链聚合物。研究人员将材料溶解在溶液中,该溶液在打印前就将聚合物链混合在一起。打印且等待溶液干燥后,各组分在微观尺度上分离,形成纳米级层,这些纳米级层根据组装速度表现出不同的物理特性。

 

“聚合物合成的最大挑战是将纳米级组装所需的精度与3D打印过程所需的大量材料的生产相结合,” 化学与生物分子工程学教授Damien Guironnet说  。

 

在实验室中,该团队使用经过改进的家用3D打印机来微调打印喷嘴在温度受控表面上移动的速度。“对墨水沉积速度和温度的控制使我们能够控制纳米级的组装速度和内层厚度,这是普通3D打印机无法做到的,这决定了光将如何从它们反射,以此决定了我们看到的颜色。”该研究的主要研究人Bijal Patel说。

 

据研究人员说,用这种方法获得的色谱是有限的,但是他们正在努力通过更多地了解在此过程中多层形成的动力学来做出改进。

 

此外,该团队正在努力扩大该过程的工业相关性,因为当前的方法不太适合大批量打印。Diao说:“我们正在与美国密西西比州的Damien Guironnet、Charles Sing和Simon Rogers 团队合作,开发易于控制的聚合物和打印工艺,使我们更接近于匹配自然产生的鲜艳色彩。”

 

Patel说:“在这项研究中,随着研究人员开始将重点放在3D打印上,将其仅仅作为一种将大量材料放在有趣形状上的方法,这项工作是可以实现的。在这里,我们将直接在打印和更改新行为时更改材料的物理属性。”

 

据悉,该论文的其他合著者包括伊利诺伊州的研究生Dylan J. Walsh和Justin Kwok,往届本科生Do Hoon Kim和Guironnet,阿贡国家实验室研究员Byeongdu Lee。此外,这项研究得到了国家科学基金会的支持。

 

 

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