在此次研究中ღ✿，研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术ღ✿，利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻形成3D结构ღ✿。除了在打印方式上创新寄宿日记36你也想做吧ღ✿，研究团队还对打印所需的墨水进行了大胆革新ღ✿。研究结果表明ღ✿，连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝配饰及装饰ღ✿、艺术创作等领域有着比较广阔的应用前景ღ✿。
五彩缤纷的蝴蝶翅膀ღ✿、光鲜靓丽的孔雀羽毛ღ✿、闪耀着金属光泽的昆虫甲壳……点缀着这些大自然奇妙杰作的并非普通色素ღ✿，而是光与光子晶体结构发生散射ღ✿、干涉ღ✿、衍射等作用后形成的结构色ღ✿。
光子晶体是由不同折射率介质周期性排列而形成的光学超材料ღ✿，也被称为光学半导体凯发K8真人娱乐appღ✿！ღ✿。通过设计和制造光子晶体材料及相关器件来控制光子运动ღ✿，并在此基础上进一步实现光子晶体材料的各种应用ღ✿，是人们长久以来的梦想ღ✿。
近日ღ✿，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林ღ✿、副研究员吴磊等研究人员组成的研究团队利用连续数字光处理（DLP）3D打印技术ღ✿，实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构制备ღ✿，为创新结构色制备方法及扩展3D打印的应用开创了新的途径ღ✿。
光子晶体作为未来光子产业发展的基础性材料ღ✿，其独特的三维光学控制能力使其在集成光学元件ღ✿、光子晶体光纤及高密度光学数据储存等领域都有广阔的应用前景寄宿日记36你也想做吧ღ✿。3D打印技术近年来的成熟发展ღ✿，也使其成为最好的光子晶体制备手段之一ღ✿。
宋延林向记者介绍ღ✿，虽然近年来有一些将3D打印技术应用于多种图案化光子晶体制备的案例ღ✿，但普通的3D打印技术因为墨水中树脂的光固化速度和纳米粒子组装速度的差异ღ✿，存在结构色效果较差ღ✿、打印精度较低ღ✿、难以实现复杂三维结构等问题ღ✿。上述方法制备的多种图案化光子晶体具有表面形貌粗糙和保真度较差等缺陷ღ✿，难以被广泛应用于光学器件中ღ✿。
要实现高精度ღ✿、高保线D打印ღ✿，就必须要开拓出新的方法ღ✿。此次研究中ღ✿，研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术ღ✿。与常见的将原材料层层挤出ღ✿、堆叠而成的3D打印技术不同ღ✿，连续数字光处理3D打印技术基于光敏树脂材料在紫外线照射下会快速固化的特性ღ✿，利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻形成3D结构ღ✿。
此次研究团队所采用的连续数字光处理3D打印方法主要的打印步骤如下ღ✿：首先ღ✿，在透明基板上滴上墨水ღ✿，将墨水上方的成型平面缓缓下降ღ✿，与墨水进行接触ღ✿；接下来ღ✿，通过基板下方的光束将打印图案照射在墨水上ღ✿；之后ღ✿，受到紫外线照射的墨水会凝固成预先设计好的形状ღ✿。一滴滴小小的墨水被“雕刻”为一个3D光子晶体结构ღ✿，其整个产生的过程仿佛是从基板上“生长”出来ღ✿。
宋延林表示ღ✿，研究团队所采用的连续数字光处理3D打印技术主要在两方面上取得了重要改进ღ✿。
在打印模式上ღ✿，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术大都是层层打印ღ✿，打印速度较慢ღ✿。研究团队研发出的低黏附光固化界面ღ✿，让液滴与基底之间的粘附力极低ღ✿，打印过程没有任何“拖泥带水”寄宿日记36你也想做吧ღ✿，能够实现迅速连续打印成型ღ✿，极大地提升了打印的速度ღ✿。
在成型方式上今日头条ღ✿。ღ✿，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术通常要采用液槽来盛装大量液态树脂ღ✿。采用液槽来盛装大量液态树脂的方式导致在连续打印过程中ღ✿，不该固化的区域因为受到照射而固化ღ✿，不仅造成原材料的大量浪费ღ✿，也降低了连续打印过程中的稳定性及分辨率k8凯发ღ✿。研究团队摒弃了液槽ღ✿，而是以单墨滴为成型单元ღ✿，通过控制固化过程中气ღ✿、固ღ✿、液三相接触线ღ✿，显著减少了液体树脂在固化结构表面的残留ღ✿。同时ღ✿，以单墨滴为成型单元还降低了界面粘附ღ✿，增加了液体内部树脂的流动ღ✿，显著提高了3D打印的精度和稳定性ღ✿。
除了创新打印方式ღ✿，此次研究中ღ✿，研究团队对打印所需的墨水也进行了大胆革新ღ✿。“我们这次研究中最困难的环节就是打印墨水的开发ღ✿。”宋延林表示ღ✿。
针对上述问题ღ✿，研究团队创造性地研发出了利用氢键辅助的胶体颗粒墨水ღ✿，赋予了打印结构高质量的结构色与光子晶体特性ღ✿。研究团队研发的墨水由三部分组成ღ✿：实现三维结构构建的光固化单体和光引发剂ღ✿、保证结构色的纳米颗粒ღ✿、减少光散射的添加剂ღ✿。
在单体的选择和引发剂合成上ღ✿，考虑到环保要求ღ✿，研究团队合成的墨水为水性体系ღ✿。但由于目前广泛使用的引发剂大多为油溶性ღ✿，少数水溶性的引发剂又与3D打印所采用的光波波长不匹配ღ✿，光引发效率较低ღ✿。为了能够得到较高光引发效率的水溶性引发剂ღ✿，团队查阅了大量文献并进行了反复的摸索实验ღ✿，最终成功合成出了水溶性的光引发剂ღ✿。
除了引发剂ღ✿，光固化单体的选择更加至关重要ღ✿。宋延林表示ღ✿，合格的光固化单体必须满足既能实现三维结构化k8凯发ღ✿，又不能在打印过程中引起聚合物和纳米颗粒的相分离的条件ღ✿。论文第一作者张虞表示ღ✿，“最终我们找到了丙烯酰胺这种适合的单体ღ✿。”
选定单体后ღ✿，还需确定光固化单体与纳米颗粒的比例ღ✿。如果光固化单体较少ღ✿，就会无法打印ღ✿。反之ღ✿，如果光固化单体太多ღ✿，则会影响纳米颗粒的运动和分散凯发APP下载ღ✿，ღ✿，进而影响结构色的质量ღ✿。团队经过大量实验ღ✿，对多种不同的比例组合反复尝试ღ✿，最终确定了最佳比例ღ✿。
最后ღ✿，为了减少光的散射对打印过程的影响ღ✿，尽可能地提高打印结构的色彩饱和度ღ✿，在添加剂的选择上ღ✿，团队尝试了包括碳纳米管ღ✿、碳纳米纤维以及黑色墨水等多种材料ღ✿。但上述材料均存在种种缺陷ღ✿，研究团队最终将经过特殊处理的炭黑作为添加剂ღ✿。
在此次研究中ღ✿，研究团队发现ღ✿，视角ღ✿、胶体颗粒粒径以及打印速度等因素都会影响3D结构色的呈现K8凯发国际下载ღ✿，ღ✿。当胶体颗粒粒径和打印速度不变时ღ✿，随着视角增加ღ✿，结构色蓝移ღ✿，即从橙色转变为黄绿色k8凯发ღ✿，最后转变为蓝紫色ღ✿。这种视角依赖的特性ღ✿，使得连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝配饰及装饰ღ✿、艺术创作等领域有着比较广阔的应用前景ღ✿。
除了视角变化会影响结构色的呈现外k8凯发ღ✿，当打印速度固定时ღ✿，控制固定胶体颗粒粒径k8凯发ღ✿、调节打印速度ღ✿，都可以得到覆盖可见光范围的系列结构色ღ✿。采用顺序切片ღ✿、依次投影ღ✿、分段打印的方式ღ✿，还可使同一物体结构上呈现出多种结构色ღ✿。
除了实现“信手拈来”般地制备结构色ღ✿，研究团队利用此种连续数字光处理3D打印技术制备出的多种具有光滑内外表面ღ✿、低光学损耗及颜色选择性的线性光传输和非线D结构ღ✿，也验证了该方法在制造高效光学传输器件方面的独特优势ღ✿。宋延林表示ღ✿，未来研究团队会在光子晶体功能器件的制备方面继续进行新的探索ღ✿。
