研究人员模仿自然环境进行快速彩色的3D打印

色彩艳丽的变色龙，蝴蝶，蛋白石以及现在的3D打印材料通过使用称为光子晶体的纳米级结构来反射颜色。

《科学进展》杂志发表了一项新的研究，该研究证明了改进的3D打印过程如何提供一种从单一油墨产生多种颜色的通用方法。

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机翼和皮肤以及某些矿物质中的这些周期性放置的结构反射时，它们会彼此进行相长干涉，从而放大某些波长并抑制其他波长。研究人员说，当结构井然有序且足够小时(比人的头发小一千倍)，射线就会产生生动的色彩。

伊利诺伊大学香槟分校化学和生物分子工程学教授Ying Diao说：“要在用于生产环保涂料和高选择性滤光片的聚合物中复制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过程，以形成难以置信的薄而有序的层，从而产生我们在自然界看到的结构颜色。”

该研究报告指出，通过在3-D打印过程中仔细调整结构独特的瓶状刷状聚合物的组装过程，可以打印出具有可调整层厚度的光子晶体，该层的厚度可以反射一种墨水的可见光谱。

墨水包含具有两个键合的，化学上不同的链段的支链聚合物。研究人员将材料溶解在溶液中，该溶液在印刷前就将聚合物链粘合在一起。印刷后以及溶液干燥后，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。

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

在实验室中，该团队使用一种改进的家用3-D打印机来微调打印喷嘴在温度受控表面上移动的速度。“通过控制墨水沉积的速度和温度，我们可以控制组装速度和内层厚度(纳米级)，这是普通3D打印机无法做到的，”研究生和Bijal Patel说道。研究。“这决定了光线将如何从它们反射出来，从而决定了我们看到的颜色。”

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。迪奥说：“我们正在与美国密西根州的达米安·古龙网，查尔斯·辛和西蒙·罗杰斯小组合作，开发易于控制的聚合物和印刷工艺，使我们更接近于匹配自然产生的鲜艳色彩。”

帕特尔说：“这项工作突出了研究人员开始专注于3D打印的一种可实现的目标，这种方法只是将大块材料放到有趣的形状中。”“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。”

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