胆甾型液晶也可以用来 3D 打印了！研究人员开发出了一种新型液晶墨水

【蜂耘网  3D打印】2021 年 9 月 2 日，荷兰埃因霍温，埃因霍温理工大学 (TU/e) 的一个研究小组与荷兰应用科学研究组织 (TNO)、荷兰跨国公司 (DSM)、Brightlands 材料中心和 SABIC 的科学家合作，创造了一种反光、可 3D 打印的液晶墨水,让胆甾型液晶的应用成为可能。

胆甾型液晶，这是一种在电视和智能手机中发现的人造材料，具有介于液体和固体晶体之间的特性。这种墨水比以前的液晶墨水具有更高的粘度，这使其更适合快速 3D 打印技术。

“DIW 是一种基于挤出的 3D 打印方法，其中墨水从一个小喷嘴逐层分配到表面上，”TU/e 研究员 Jeroen Sol 说:“目前的胆甾型液晶墨水不能用 DIW 打印，所以我们创造了一种与 DIW 兼容的液晶墨水。”

墨水中的光反射特性依赖于整个材料中分子的精确螺旋排列，研究人员通过微调印刷过程实现了这一点。

“为了使用 DIW 成功打印新墨水，我们改变了打印速度和温度等参数，”Sol 说。

研究人员在纳米尺度上以高精度控制材料的分子排列，并通过改变打印速度更好地控制材料的外观和光反射特性。调整速度和写入方向导致形成倾斜的光子轴，该轴具有彩虹色和偏振选择性，从而产生可编程的手性光子聚合物材料。

交联的光子膜条被涂覆并聚合在柔性塑料基板上，显示出轴向不对称颜色反射和基于入射角的可变圆偏振选择性。

为了进一步确保墨水正确打印，该团队使用低分子量液晶作为墨水。墨水中的分子自组装成结构，显示出与自然界中发现的彩虹色相似的颜色。

“传统上，这种控制水平只能通过非常专业的制造设备才能实现，因此使用新墨水和 DIW 3D 打印来做到这一点是一个真正的突破，”Sol 说。

在材料科学模仿自然的一个例子中，研究人员打印了合成蝴蝶翅膀，模仿了在一些蝴蝶中发现的自然彩虹色，并且从不同角度观察时似乎会发生变化。制作 10 cm 2 左右的胶片后通过棒涂，他们使用 DIW 生成复杂的、空间定义的光学图案。他们通过改变沉积速率来调整墨水的手性。最终印刷品的光学特性可能会在空间上发生变化，从而在单次印刷期间由单一墨水产生壮观的视觉效果。

尽管胆甾型液晶的特性可用于许多应用，但其传统形式的材料粘性不够，无法形成稳定的固体结构，而且很难排列其分子以产生特定颜色。

从基材上移除后，交联的弹性体（蝴蝶结构）被拍摄为独立的光子橡胶。

该墨水将简单的处理与在逐个体素的基础上自由选择反射光的虹彩和圆偏振相结合。它可用于制造可与佩戴者进行视觉交互的可穿戴生物传感器，其与透视相关的外观使其适用于专门的防伪标记或装饰性彩虹色涂层。

“更重要的是，我们的新墨水和 DIW 的组合可用于打印增强现实耳机所需的专用光学结构，其中现实生活和人造图像无缝结合，”Sol 说:“新材料可以找到进入未来 HoloLenses 的途径,现在这将是非凡的事情。”

该研究发表在《先进材料》 ( Advanced Materials)。

 

（蜂耘新材料网   责任编辑：娱悦）