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研究人员用纳米级3D打印创造结构性色彩

2016-11-25 12:28| 发布者: 水草| 查看: 403| 评论: 0

摘要: 一群德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员发现了一种再现蓝色狼蛛和孔雀的“结构色彩”的方法。他们使用重叠的3D打印纳米结构,这种结构会折射光线从而产生动态的色彩效果。该技术最终可能会帮助替代包装、工业 ...

一群德国卡尔斯鲁厄理工学院KIT的研究人员发现了一种再现蓝色狼蛛和孔雀的“结构色彩”的方法他们使用重叠的3D打印纳米结构,这种结构会折射光线从而产生动态色彩效果。该技术最终可能会帮助替代包装工业应用甚至化妆品中有毒颜料。

结构着色不同于颜料着色,是通过干扰自然光的极小“结构化”表面产生颜色。例如,孔雀羽毛实际上是棕色但其细脊中的图案结构使其反射出生动的蓝色和绿色。当使用新的3D打印方法生产时,结构色看起来更加生动并且比传统颜料更持久,同时还具有无毒的优点。

结构色能根据不同的视角而改变色调和如同CD的下侧一样,这是一个迷人但通常不讨喜的效果。据天工社了解,为了产生稳定的颜色,制造商一直在设法使这种效果最小化,但不是很成功。然而,在自然界,臭名昭著的蓝色狼蛛(以及孔雀和翠鸟)可以毫不费力地做到这一点它们奇妙的生理机能帮助KIT研究人员了解到稳定的结构色的秘密。研究人员着重研究了狼蛛,发现其身上的绒毛形成了许多花状多层结构。

KIT团队分析了狼蛛结构颜色的反射行为,然后用纳米级3D打印机打印出绒毛。不满足于只复制蓝色狼蛛的颜色,他们想找到一个能再现所有颜色且具商业可行性的3D打印解决方案。通过与在比利时和美国的团队合作,KIT科学家改进了一个模型产生任何选定的结构色即使在160度的视角下,这些结构色也是一致的。目前,这是在合成色上所实现的最大视角,灵感来自蓝色狼蛛花状结构也具有潜在商业可行

通过改变花状结构径长仅为15微米的尺寸,研究人员发现他们能随意改变颜色。这是材料和色彩科学领域中的一个重大进步可能会改变纺织和包装。从长远来看,甚至可能对化妆品行业产生重大影响,虽然有些遥远

虽然研究人员开发出了一种有效的模型,但仍然有一个关键的问题阻碍着结构色的普遍化。现在,世界上只有少数几家公司和机构提供纳米级3D打印。KITHendrick Holscher博士承认,他们不可能满足商业应用的潜在需求,即使可以,从成本上来看现在也不是很划算。

幸运的是,随着3D打印行业的快速发展,KIT团队认为纳米级3D打印设备的相对短缺是一个暂时性问题不久前,纳米级3D打印还只是一个梦想,但现在美国橡树岭实验室正在大力研究聚焦电子束诱导沉积Focused Electron Beam Induced Deposition打印,哈佛大学拥有纳米系统中心,世界领先的公司和大学正在努力开发自己的解决方案。因此,纳米级3D打印的普遍化和商业化只是一个时间问题,一旦技术跟上,所有的问题将迎刃而解

据研究人员,结构色另一个可能的解决方案是创建非晶纳米级结构这种结构可根据视角而改变光的折射在未来,当3D打印行业可以生产出市场价合适的纳米级打印件时,这将是一种有趣的方案。目前,KIT团队坚信,在结构色的商业应用中,花状结构最具成本效益和可行一种模型。

(编译自3Ders.org)

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