五彩缤纷的胡蝶党羽、鲜明靓丽的孔雀羽毛、闪烁着金属光泽的虫豸甲壳 遮盖着这些年夜天然奇奥杰作的并不是平凡色素，而是光与光子晶体结构发生散射、干预干与、衍射等作用后形成的结构色。
光子晶体是由差异折射率介质周期性摆列而形成的光学超质料，也被称为光学半导体。经由历程设计及制造光子晶体质料和相干器件来节制光子运动，并于此基础上进一步实现光子晶体质料的种种运用，是人们恒久以来的胡想。
近日，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点试验室研究员宋延林、副研究员吴磊等研究职员组成的研究团队使用连续数字光处置处罚（DLP）3D打印技术，实现了具备敞亮结构色的三维光子晶体结构制备，为立异结构色制备要XPJ官方网站-领和扩大3D打印的运用首创了新的路子。
立异要领
让光子晶体精准 生长
光子晶体作为未来光子工业生长的基础性质料，其怪异的三维光学节制能力使其于集成光学元件、光子晶体光纤和高密度光学数据贮存等领域都有广漠的运用远景。最近几年来，3D打印技术生长成熟，也使其成为最佳的光子晶体系体例备手腕之一。
宋延林先容道，虽然最近几年来有一些将3D打印技术运用在多种图案化光子晶体系体例备的案例，但平凡的3D打印技术由于墨水中树脂的光固化速率及纳米粒子组装速率的差异，存于结构色效果较差、打印精度较低、难以实现繁杂三维结构等问题。上述要领制备的多种图案化光子晶体具备外貌描摹粗拙及保真度较差等缺陷，难以被广泛运用在光学器件中。
要实现高精度、高保真的光子晶体结构3D打�。捅匦胍爻鲂碌囊�。这次，该研究团队利用了连续数字光处置处罚3D打印技术。与常见的将原质料层层挤出、重叠而成的3D打印技术差异，连续数字光处置处罚3D打印技术基在光敏树脂质料于紫外线照射下会快速固化的特征，使用紫外线光束于光敏树脂溶液中镌刻形成3D结构。
该研究团队所接纳的连续数字光处置处罚3D打印要领重要的打印法式以下：起首，于透明基板上滴上墨水，将墨水上方的成型平面徐徐降落，与墨水举行接触；接下来，经由历程基板下方的光束将打印图案照射于墨水上；以后，遭到紫外线照射的墨水会凝集成预先设计好的外形。一滴滴小小的墨水被 镌刻 为一个3D光子晶体结构，其整个孕育发生的历程恍如是从基板上 生长 出来。
宋延林体现，研究团队所接纳的连续数字光处置处罚3D打印技术重要于两个方面取患了主要改良。
于打印模式上，市道上的光固化连续数字光处置处罚3D打印技术多数是层层打�。蛴∷俾式下�。该研究团队研发出的低黏附光固化界面，让液滴与基底之间的黏附力极低，打印历程没有任何 牵丝攀藤 ，可以或许实现迅速连续打印成型，极年夜地晋升了打印的速率。
于成型方式上，市道上的光固化连续数字光处置处罚3D打印技术通常要接纳液槽来艳服年夜量液态树脂。接纳液槽来艳服年夜量液态树脂的方式致使于连续打印历程中，不应固化的区域由于遭到照射而固化，不仅造成原质料的年夜量华侈，也降低了连续打印历程中的稳定性和分辩率。该研究团队摒弃了液槽，而因此单墨滴为成型单元，经由历程节制固化历程中气、固、液三相接触线，显著削减了液体树脂于固化结构外貌的残留。同时，以单墨滴为成型单元另有降低了界面黏附，增长了液体内部树脂的流动，显著提高了3D打印的精度及稳定性。
降服困难
逐个击破墨水难题
除了了立异打印方式，该研究团队另有对于打印所需的墨水也举行了斗胆革新。 咱们此次研究中最困难的环节就是打印墨水的开发。 宋延林体现。
针对于上述问题，该研究团队缔造性地研发出了使用氢键辅助的胶体颗粒墨水，付与了打印结构高质量的结构色与光子晶体特征。该研究团队研发的墨水由实现三维结构构建的光固化单体及光引发剂、保证结构色的纳米颗粒、削减光散射的添加剂3个部门组成。
于单体的选择及引发剂合成上，思量到环保要求，该研究团队合成的墨水为水性系统。但因为今朝广泛利用的引发剂年夜多为油溶性，少数水溶性的引发剂又与3D打印所接纳的光波波长不匹配，光引发效率较低。为了可以或许获得较高光引发效率的水溶性引发剂，团队查阅了年夜量文献并举行了重复的探索试验，终极乐成合成出了水溶性的光引发剂。
除了了引发剂，光固化单体的选择越发至关主要。宋延林体现，及格的光固化单体必须满意既能实现三维结构化，又不克不及于打印历程中引起聚合物及纳米颗粒的相疏散的前提。论文第一作者张虞体现： 终极咱们找到了丙烯酰胺这类合适的单体。
选订单体后，另有需确定光固化单体与纳米颗粒的比例。如果光固化单体较少，就会没法打印。反之，如果光固化单体太多，则会影响纳米颗粒的运动及疏散，进而影响结构色的质量。团队颠末年夜量试验，对于多种差异的比例组合重复考试考试，终极确定了最好比例。
为了削减光的散射对于打印历程的影响，尽可能地提高打印结构的色采饱及度，于添加剂的选择上，该研究团队考试考试了包罗碳纳米管、碳纳米纤维以和玄色墨水等多种质料。但上述质料均存于缺陷，该研究团队终极将颠末特殊处置处罚的炭黑作为添加剂。
远景广漠
让结构色 五彩斑斓
于这次研究中，该研究团队发现，视角、胶体颗粒粒径以和打印速率等因素都市影响3D结构色的泛起。当胶体颗粒粒径及打印速率稳定时，随着视角增长，结构色蓝移，即从橙色改变为黄绿色，末了改变为蓝紫色。这类视角依靠的特征，使患上连续数字光处置处罚3D打印技术于个性化珠宝配饰和装饰、艺术创作等领域有着比力广漠的运用远景。
除了了视角变化会影响结构色的泛起外，当打印速率牢固时，节制牢固胶体颗粒粒径、调治打印速率，均可以获得笼罩可见光规模的系列结构色。接纳挨次切片、依次投影、分段打印的方式，另有可以使统一物体结构上泛起出多种结构色。
除了了实现 信手拈来 般地制备结构色，该研究团队使用此种连续数字光处置处罚3D打印技术制备出的多种具备平滑表里外貌、低光学损耗和颜色选择性的线性光传输及非线性光传输3D结构，也验证了该要领于制造高效光学传输器件方面的怪异上风。宋延林体现，未来，研究团队会于光子晶体功效器件的制备方面继续举行新的摸索。
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