Исследователи черпали вдохновение в удивительных способностях хамелеонов менять цвет, чтобы разработать экологически чистую технологию производства - 3D-печать динамичных, многоцветных объектов с использованием только одного типа чернил.
Изменяя силу ультрафиолетового излучения во время печати, команда под руководством исследователей из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн может контролировать цвет напечатанного материала, чтобы охватить множество различных цветов, используя только один тип чернил. Эта техника также позволила им сделать плавные изменения цвета, которые были невозможны ранее.
«Разработав новые химические составы и процессы печати, мы можем на лету изменять цвет структуры, чтобы создавать цветовые градиенты, которые раньше были невозможны», - сказал доцент кафедры химии и химической и биомолекулярной инженерии университета и исследователь Института передовых наук и технологий Бекмана Йинг Диао.
Мир природы демонстрирует, как точный контроль над молекулярным составом и макроскопическим порядком приводит к уникальным свойствам материалов, таким как структурная окраска, наблюдаемая у птиц, бабочек и хамелеонов. Это явление, обусловленное наноразмерными упорядоченными доменами, обеспечивает экологичную, яркую и динамичную окраску. Имитация этого процесса в синтетических материалах сопряжена с определенными трудностями, однако благодаря своей уникальной структуре блок-сополимеры (BBCP) выглядят многообещающе. Команда объединила BBCP с аддитивным производством, добившись наноразмерного контроля над напечатанными структурами и динамической модуляции цвета.
«В отличие от традиционных цветов, получаемых из химических пигментов или красителей, которые поглощают свет. Структурные цвета, которыми изобилуют многие биологические системы, получаются из нанорельефных поверхностей, которые препятствуют прохождению видимого света. Это делает их более яркими и потенциально более устойчивыми», - говорит ведущий автор работы и аспирант лаборатории в Институте передовых наук и технологий Бекмана Сангюн Чон.
Используя ультрафиолетовая печать (УФ)-печать и химический состав BBCP с перекрестными связями, исследователи могут динамически контролировать кинетику сборки, фиксируя желаемые цвета в процессе печати. Ученые утверждают, что крупномасштабное моделирование и экспериментальный анализ подтверждают этот подход, демонстрируя модуляцию цвета на лету во всем видимом спектре с помощью одного чернильного материала.
Исследовательская группа успешно продемонстрировала новый метод управления структурным цветом в видимом спектре света, объединив химию сшивки с аддитивным производством. Этот инновационный подход позволяет создавать цветовые градиенты от темно-синего до оранжевого, используя всего один тип чернил. В то время как художники обычно используют несколько красок для достижения такого градиента, разработанный командой метод упрощает этот процесс, делая его более эффективным и устойчивым.
По словам ученых, этот прорыв на начало 2024 года имеет широкое применение, включая производство фотонных смол и 3D-печатных структур. Метод может предложить универсальное решение для достижения ярких и настраиваемых цветов в различных продуктах за счет динамического управления цветом в процессе производства.
Команда утверждает, что ее результаты подчеркивают силу использования процессов, которые не находятся в равновесии с окружающей средой. Используя динамическую природу этих процессов, они могут манипулировать формированием структур и их свойствами в процессе аддитивного производства. Эта инновация представляет собой значительный шаг вперед в области динамического окрашивания в производстве. По словам исследователей, она упрощает производственный процесс и открывает возможности для творческого самовыражения и устойчивой практики в различных отраслях промышленности.
