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      通過收縮光子晶體對3D微尺度物體進行結構彩色打印
      
			
      
				2019-10-03 11:23:31
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      在最近發(fā)表在《自然通訊》上的一份報告中，由新加坡科技設計大學(SUTD)副教授喬爾·楊(Joel Yang)領導的研究小組打印了埃菲爾鐵塔中最小的彩色3D模型。令人印象深刻的是，沒有使用顏料或油墨。取而代之的是，埃菲爾鐵塔的3D打印模型(在39微米處測量不到人類頭發(fā)的一半寬度)由于光線與支撐模型的納米結構相互作用的方式而呈現(xiàn)出多種顏色。3-D模型由精細印刷的透明聚合物網(wǎng)格制成，形成光子晶體。這些主要是中空的設計在加熱以產生多種顏色時，尺寸會明顯縮小約5倍。
      

      通過收縮光子晶體對3D微尺度物體進行結構彩色打印
      

      楊教授說：“ 研究界非常興奮地進一步開發(fā)不是從動植物提取的可持續(xù)顏色來源。如果我們生產的產品可以通過對其材料進行納米紋理化而獲得顏色，那該怎么辦?本身是由什么制成的?某些蝴蝶和甲蟲已經(jīng)進化成可以做到這一點，也許我們也可以學會做到這一點。” 與依靠化學成分的顏料和染料相比，結構顏色具有高分辨率，永久性和生態(tài)友好性。
      

      在自然界中，一些蝴蝶，Pachyrhynchus象鼻蟲和許多變色龍的著色是使用光子晶體產生彩色圖案的天然生物的顯著示例。光子晶體結構反射鮮艷的色彩，其色調取決于其晶格常數(shù)。為了反射鮮艷的色彩，光子晶體的晶格常數(shù)必須足夠小。例如，在蝴蝶翅膀上的晶格常數(shù)僅為?280 nm，產生藍色調。由于當前3D打印分辨率的限制，以這種微觀長度尺度在所有三個維度上打印任意顏色和形狀是一個挑戰(zhàn)。
      

      為了獲得與蝶形鱗片相當?shù)乃杈Ц癯?shù)尺寸，Yang教授小組的研究人員采用了“按收縮著色”的方法，該方法引入了附加加熱步驟，以收縮使用商業(yè)化的雙光子聚合光刻系統(tǒng)印刷的光子晶體，即Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT。楊教授補充說：“挑戰(zhàn)在于縮小這些納米尺寸的結構而不使其聚結成斑點。通過圖案化較大的結構，然后再縮小它們，我們生產出了無法用標準方法直接印刷的結構。”確實，木樁結構的重復線縮小到280 nm，幾乎比機器規(guī)格小2倍。在熱收縮的作用下，交聯(lián)聚合物的折射率在加熱過程中增加，這進一步有利于顏色的產生。
      

      全彩色埃菲爾鐵塔展示了使用“按縮色”方法在微米級上打印任意復雜的3D顏色對象的能力。由于可以自由設計縮小以適合特定顏色的3-D光子晶體，因此該技術將廣泛應用于在可見光區(qū)域實現(xiàn)緊湊的光學組件和集成的3-D光子電路。
      
			

			
        
      
			
      
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