Ученые из Технологического университета Эйндховена (TUE) открыли новые горизонты, разработав новые изменяющие цвет жидкокристаллические чернила, совместимые с технологией 3D-печати.
Жидкокристаллические чернила, вдохновленные природой, могут быть напечатаны на поверхности с помощью прямого письма чернилами, формы чрезвычайно точной 3D-печати на основе экструзии. До сих пор было чрезвычайно сложно распечатать такие материалы в сложных структурах и устройствах, поэтому команда считает, что их работа может иметь серьезные последствия для таких приложений, как декоративное освещение, мягкие носимые датчики для мониторинга здоровья и даже оптика дополненной реальности.
Йерун Сол, ведущий автор исследования, утверждает: «DIW (Direct Ink Writing) - это метод 3D-печати, основанный на экструзии, при котором чернила наносятся из небольшого сопла на поверхность послойно. Современные холестерические жидкокристаллические чернила не могут быть напечатаны с помощью DIW, поэтому мы создали жидкокристаллические чернила, совместимые с DIW».
В природе материалы, которые меняют цвет в зависимости от угла обзора, называются переливающимися материалами. Яркими примерами являются крылья некоторых бабочек, внешняя поверхность драгоценных жуков и материал, известный как перламутр, который находится внутри раковин моллюсков.
У нас также есть искусственная альтернатива этим материалам, называемая холестерическим жидким кристаллом, материалом, который проявляет свойства как жидких, так и твердых кристаллов. Холестерические жидкие кристаллы, которые используются в ЖК-дисплеях, находят широкое применение в качестве интеллектуальных материалов в светоотражателях, переключаемых окнах и даже солнечных панелях.
К сожалению, холестерические жидкие кристаллы недостаточно вязкие, чтобы превращаться в твердые структуры, поэтому до сих пор было невозможно использовать их в сложных производственных процессах, таких как 3D-печать, что несколько ограничивало их применение. Исследователи TUE преодолели это препятствие, разработав специальные светоотражающие жидкокристаллические чернила, которые можно экструдировать и аккуратно выравнивать для получения сложных цветовых градиентов.
Отражающие качества чернил из Эйндховена зависят от точного спирального выравнивания молекул материала, которое можно строго контролировать в процессе печати, варьируя такие параметры, как скорость печати. Молекулы чернил также способны самоорганизовываться в структуры, имитирующие природные переливающиеся материалы, а это означает, что изменения цвета, вдохновленные природой, вполне возможны. Кроме того, чернила просты в изготовлении и обладают вязкостью, что позволяет легко обрабатывать их при прямом письме чернилами.
Сол добавляет: «Чтобы успешно напечатать новые чернила с помощью DIW, мы изменили такие параметры, как скорость печати и температура. И чтобы чернила печатали правильно, мы также сделали чернила, содержащие жидкие кристаллы с низким молекулярным весом. Традиционно такой уровень контроля возможен только с очень специализированными производственными устройствами, поэтому сделать это с помощью новых чернил и 3D-печати DIW - это настоящий прорыв ».
Хотя до сих пор чернила использовались только для печати меняющей цвет бабочки, Сол считает, что их можно применить к персонализированным медицинским устройствам, таким как визуально динамические носимые биосенсоры. Чернила также могут иметь потенциальное применение в оптических структурах гарнитур дополненной реальности.
Сол заключает: «Новые материалы могут найти свое место в HoloLense будущего - теперь это будет что-то экстраординарное!»
Дальнейшие подробности исследования можно найти в статье под названием «Анизотропная радужность и поляризационные паттерны в хиральном фотонном полимере, написанном непосредственно чернилами». В соавторстве с Jeroen Sol et al.
Инновации в материалах для 3D-печати вносят большой вклад в развитие приложений функционального аддитивного производства. Ранее в этом месяце ученые из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре и Калифорнийского технологического института (Caltech) напечатали на 3D-принтере гибкую ткань, напоминающую кольчугу, которая может затвердеть при необходимости. Напечатанная на 3D-принтере октаэдрами из нейлонового пластика и полимера, которые сцепляются друг с другом, ткань может превратиться в жесткую структуру, которая в 25 раз жестче, чем ее расслабленная форма.
В другом месте Институт военных нанотехнологий (ISN) недавно использовал технологию 3D-печати в наномасштабе, чтобы сформировать материал, который, как сообщается, более эффективен для остановки снаряда, чем кевлар или сталь. Этот материал тоньше человеческого волоса и состоит из крошечных углеродных стержней, которые образуют взаимосвязанные тетракаидекаэдры - структуры с 14 гранями, которые изготавливаются с помощью двухфотонной литографии.