Инженер-химик Ин Диао (Ying Diao) из University of Illinois Urbana-Champaign (UIUIC, США) и ее сотрудники разработали способ изменить воспринимаемый цвет полимера во время процесса печати, используя свет для управления сшивкой внутри полимера с целью расширить границы 3D-печати в направлении управления наноразмерными структурами.
По словам ученого, открытие возможности управлять цветом материала с помощью света стало счастливой случайностью. Аспирант Санхён Чжон (Sanghyun Jeon), который экспериментировал со сшивкой фотонных сополимеров с использованием реакции, управляемой светом, для создания 3D-структур, обнаружил, что цвет конечного материала зависит от интенсивности света во время сшивки.
Верхний ряд слева направо: профессора Саймон Роджерс, Ин Дяо, Чарльз Синг и Дэмиен Гиронне. Нижний ряд слева направо: Яш Камбл, Санхён Чжон, Цзячунь Ши, Хайсу Кан и Тяньюань Пан. На фото нет: Мэтью Уэйд и Биджал Патель. Фото: Дженна Курцвейл, отдел коммунИзображение: Jenna Kurtzweil, Beckman Institute Communications Office
Исследователи узнали, что реакция сшивки и самосборка цепи происходят с одинаковой скоростью, поэтому изменение количества сшивок между полимерными цепями меняет то, как они располагаются на наноскопическом уровне.
Более интенсивное воздействие света приводит к более плотным сшивкам, что означает меньшие слои и более синий цвет. Благодаря этому пониманию и небольшой доработке исследователи смогли модернизировать свою установку, чтобы контролировать цвет материала по мере его отверждения.
Ученые продолжают изучать, как точно контролировать цвет и другие свойства материала посредством изменения структуры полимера и условий обработки, используя машинное обучение.
«Хотя в данном случае нам повезло, мы бы хотели добиться результатов, не полагаясь на удачу», — говорит Чарльз Синг (Charles Sing), физик-полимерщик из UIUC, который работал над моделированием механизма сборки.
Вдохновленные способностью хамелеонов менять цвет, исследователи разработали динамичные и устойчивые чернила, меняющие цвет, которые можно увидеть на этой 3D-печатной иллюстрации хамелеона, созданной исследовательской группойИзображение: Санхён Чон, Diao Lab
Структурный окрас, встречающийся в природе в перьях некоторых птиц, панцирях насекомых и растениях, является более ярким и потенциально более экологичным, чем цвет на основе пигментов, так как он возникает из-за искажения света микроскопическими структурами. Окрас можно создать в лаборатории несколькими способами: например, используя блок-сополимер, который можно напечатать на 3D-принтере, цепи которого могут переходить в фотонные наноструктуры, искажающие свет.