埃因霍溫理工大學(TUE) 的科學家開發了一種與 3D 打印技術兼容的新型變色液晶墨水，開辟了新天地。這種受自然啟發的液晶墨水可以使用直接墨水書寫打印到表面上，這是一種基于擠出的極其精確的 3D 打印形式。到目前為止，將此類材料打印成復雜的結構和設備非常困難，因此該團隊認為其工作可能對裝飾照明、用于健康監測的軟可穿戴傳感器，甚至增強現實光學等應用產生重大影響。
該研究的主要作者 Jeroen Sol 表示：“DIW 是一種基于擠出的 3D 打印方法，其中墨水從一個小噴嘴逐層分配到表面上。當前的膽甾型液晶墨水無法使用 DIW 打印，因此我們創造了一種與 DIW 兼容的液晶墨水。”
膽甾型液晶
在自然界中，根據觀察角度改變顏色的材料稱為虹彩材料。典型的例子是某些蝴蝶翅膀、珠寶甲蟲的外表，以及一種被稱為珍珠層（又名珍珠母）的材料，它存在于軟體動物的貝殼內部。
我們還有一種人造的替代材料，稱為膽甾型液晶，這種材料同時具有液態和固態晶體的特性。膽甾型液晶以及在 LCD 中的使用，在光反射器、可切換窗戶甚至太陽能電池板中作為智能材料具有先進的應用。
不幸的是，膽甾型液晶的粘性不足以制成固體結構，因此到目前為止還無法將它們用于 3D 打印等先進制造工藝，從而在一定程度上限制了它們的應用。TUE 的研究人員開發了一種定制的反光液晶墨水，克服了這一障礙，這種墨水可以擠出并仔細排列以產生復雜的顏色漸變。
一種可 3D 打印的液晶墨水
埃因霍溫墨水的反射質量取決于材料分子的精確螺旋排列，可以在打印過程中通過改變打印速度等參數來密切控制。墨水的分子還能夠自組裝成模仿天然彩虹色材料的結構，這意味著完全有可能實現受自然啟發的顏色變化。此外，墨水易于生產且具有粘性，因此易于通過直接墨水書寫進行處理。
Sol 補充道，“為了使用 DIW 成功打印新墨水，我們改變了打印速度和溫度等參數。為了讓墨水正確打印，我們還制作了一種含有低分子量液晶的墨水。傳統上，這種控制水平只能通過非常專業的制造設備才能實現，因此使用新墨水和 DIW 3D 打印來實現這一點是一個真正的突破。”
盡管到目前為止這種墨水僅用于打印變色蝴蝶，但 Sol 相信它可以應用于個性化醫療設備，例如視覺動態可穿戴生物傳感器。這種墨水還可能在增強現實耳機的光學結構中具有潛在應用。
Sol 總結道：“新材料可以找到進入未來 HoloLenses 的途徑——現在這將是非凡的事情！”
該研究的更多細節可以在題為“直接墨水書寫的手性光子聚合物中的各向異性彩虹色和偏振模式”的論文中找到。它由 Jeroen Sol 等人合著。
3D 打印材料的創新是推動功能性增材制造應用發展的主要因素。本月早些時候，來自新加坡南洋理工大學 (NTU)和加州理工學院(Caltech) 的科學家們3D 打印了一種可根據需要變硬的柔性鏈甲織物。由相互聯鎖的尼龍塑料聚合物八面體 3D 打印而成，這種織物可以變成剛性結構，其硬度是其松弛形式的 25 倍。
在其他地方，士兵納米技術研究所(ISN) 最近使用納米級的 3D 打印技術來形成一種材料，據報道，這種材料在阻止射彈方面比 Kevlar 或鋼更有效。這種材料比一根人的頭發還細，由微小的碳支柱制成，這些支柱形成相互連接的十四面體——具有 14 個面的結構——通過雙光子光刻制造。
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