埃因霍溫理工大學(xué)(TUE) 的科學(xué)家開發(fā)了一種與 3D 打印技術(shù)兼容的新型變色液晶墨水，開辟了新天地。這種受自然啟發(fā)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)和設(shè)備非常困難，因此該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為其工作可能對(duì)裝飾照明、用于健康監(jiān)測(cè)的軟可穿戴傳感器，甚至增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)光學(xué)等應(yīng)用產(chǎn)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(gè)小噴嘴逐層分配到表面上。當(dāng)前的膽甾型液晶墨水無(wú)法使用 DIW 打印，因此我們創(chuàng)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(jù)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(dòng)物的貝殼內(nèi)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(shí)具有液態(tài)和固態(tài)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(yáng)能電池板中作為智能材料具有先進(jìn)的應(yīng)用。

不幸的是，膽甾型液晶的粘性不足以制成固體結(jié)構(gòu)，因此到目前為止還無(wú)法將它們用于 3D 打印等先進(jìn)制造工藝，從而在一定程度上限制了它們的應(yīng)用。TUE 的研究人員開發(fā)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(xì)排列以產(chǎn)生復(fù)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(zhì)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(shù)來(lái)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(jié)構(gòu)，這意味著完全有可能實(shí)現(xiàn)受自然啟發(fā)的顏色變化。此外，墨水易于生產(chǎn)且具有粘性，因此易于通過直接墨水書寫進(jìn)行處理。

Sol 補(bǔ)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(shù)。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(tǒng)上，這種控制水平只能通過非常專業(yè)的制造設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，因此使用新墨水和 DIW 3D 打印來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是一個(gè)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(yīng)用于個(gè)性化醫(yī)療設(shè)備，例如視覺動(dòng)態(tài)可穿戴生物傳感器。這種墨水還可能在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)耳機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)中具有潛在應(yīng)用。

Sol 總結(jié)道：“新材料可以找到進(jìn)入未來(lái) HoloLenses 的途徑——現(xiàn)在這將是非凡的事情！”

該研究的更多細(xì)節(jié)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(chuàng)新是推動(dòng)功能性增材制造應(yīng)用發(fā)展的主要因素。本月早些時(shí)候，來(lái)自新加坡南洋理工大學(xué) (NTU)和加州理工學(xué)院(Caltech) 的科學(xué)家們3D 打印了一種可根據(jù)需要變硬的柔性鏈甲織物。由相互聯(lián)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(jié)構(gòu)，其硬度是其松弛形式的 25 倍。

在其他地方，士兵納米技術(shù)研究所(ISN) 最近使用納米級(jí)的 3D 打印技術(shù)來(lái)形成一種材料，據(jù)報(bào)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(fā)還細(xì)，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(gè)面的結(jié)構(gòu)——通過雙光子光刻制造。