科學家用3D打印技術生產出可見光譜所有顏色的蝴蝶

來源: 高維博創(chuàng)  

蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員通過 3D 打印某些受蝴蝶啟發(fā)的納米結構創(chuàng)造了人工色素。這個原理以后可以用來制作彩屏。

對于他們的新技術，生物化學工程教授 Andrew deMello 小組的科學家從蝴蝶中汲取了靈感。原產于熱帶非洲的 Cynandra opis 物種的翅膀飾有絢麗的色彩。這些是由可見光波長范圍內極其復雜的規(guī)則表面結構產生的。通過偏轉光線，這些結構可以放大或抵消光的各個顏色分量。在 deMello 的帶領下，研究人員使用納米 3D 打印技術成功復制了 Cynandra opis 的表面結構以及其他改性結構。通過這種方式，他們創(chuàng)造了一種易于使用的原理，用于生產產生結構顏色的結構。

△熱帶蝴蝶物種 Cynandra opis 的雄性作為 3D 打印結構顏色的模型。

自然界中有許多這種結構著色的例子，包括不規(guī)則的表面結構——例如，在其他蝴蝶物種中發(fā)現(xiàn)的�！叭欢�，Cynandra opis翅膀上的規(guī)則納米結構特別適合使用3D打印進行重建，”deMello小組的前博士生、本研究的主要作者曹曉寶解釋說。Cynandra opis 結構由兩個相互垂直堆疊的網(wǎng)格層組成，晶格間距約為 1/2 至 1 微米。

通過在 250 納米到 1.2 微米的范圍內改變這種晶格間距和晶格棒的高度，ETH 研究人員能夠生產出能夠生成可見光譜所有顏色的 3D 打印結構。許多這些顏色不會出現(xiàn)在它們的結構所基于的自然模型（蝴蝶）中。

研究人員成功地使用不同的材料（包括透明聚合物）生產了這種表面�！斑@使得從后面照亮結構以呈現(xiàn)顏色成為可能，”deMello 小組的高級科學家、該研究的合著者 Stavros Stavrakis 解釋說�！斑@是我們第一次設法在半透明材料中產生可見光譜的所有顏色作為結構顏色�！�

作為研究的一部分，科學家們制作了一張尺寸為 2 x 2 微米的多色調結構色像素的微型圖像。這些微小的圖像有朝一日可以用作鈔票和其他文件的安全特征。因為可以用透明材料產生顏色，所以也可以制造用于光學技術的濾色器。這與 ETH 教授 deMello 小組的主要研究活動非常吻合，該小組開發(fā)了微流體系統(tǒng)——用于化學和生物實驗的小型化系統(tǒng)。

研究人員說，大規(guī)模生產納米結構也是可以想象的�？梢� 3D 打印負結構作為模板，從而可以生產大量復制品。這意味著該原理可能適用于制造高分辨率彩色顯示器，例如可彎曲的薄屏幕。最后，科學家們指出，結構色可以取代當今印刷和繪畫中使用的顏料。與傳統(tǒng)顏料相比，結構色具有某些優(yōu)勢：它們持續(xù)時間更長，因為它們在光照下不會褪色，并且在大多數(shù)情況下它們具有更好的環(huán)境足跡。