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(jí)結(jié)構(gòu)來反射顏色。

《科學(xué)進(jìn)展》雜志發(fā)表了一項(xiàng)新的研究，該研究證明了改進(jìn)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(jí)現(xiàn)象。當(dāng)光線從位于某些動(dòng)物的機(jī)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(shí)，它們會(huì)彼此進(jìn)行相長(zhǎng)干涉，從而放大某些波長(zhǎng)并抑制其他波長(zhǎng)。研究人員說，當(dāng)結(jié)構(gòu)井然有序且足夠小時(shí)(比人的頭發(fā)小一千倍)，射線就會(huì)產(chǎn)生生動(dòng)的色彩。

伊利諾伊大學(xué)香檳分?；瘜W(xué)和生物分子工程學(xué)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(fù)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?cè)谧匀唤缈吹降慕Y(jié)構(gòu)顏色。”

該研究報(bào)告指出，通過在3-D打印過程中仔細(xì)調(diào)整結(jié)構(gòu)獨(dú)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(gè)鍵合的，化學(xué)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(jí)層，這些納米級(jí)層根據(jù)組裝速度表現(xiàn)出不同的物理特性。

化學(xué)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(jí)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(shí)驗(yàn)室中，該團(tuán)隊(duì)使用一種改進(jìn)的家用3-D打印機(jī)來微調(diào)打印噴嘴在溫度受控表面上移動(dòng)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(jí))，這是普通3D打印機(jī)無(wú)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(dòng)力學(xué)來做出改進(jìn)。

此外，該團(tuán)隊(duì)正在努力擴(kuò)大該過程的工業(yè)相關(guān)性，因?yàn)楫?dāng)前的方法不太適合大批量打印。迪奧說：“我們正在與美國(guó)密西根州的達(dá)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(xiàng)工作突出了研究人員開始專注于3D打印的一種可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，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(shí)更改材料的物理屬性。”