Sjajno obojeni kameleoni, leptiri i opali odašilju boju koristeći nano strukturu nazvanu fotonski kristali. Tim američkih istraživača iskoristio je isti pristup kako bi razvio postupak 3D printa koji može proizvesti više boja iz jedne tinte. O novom procesu izvještavaju u časopisu Science Advances.
Neke od najživljih boja u prirodi potječu od fenomena na nano razini koji se naziva strukturna obojenost. Kad se svjetlosne zrake odbijaju od ovih povremenih struktura smještenih u krilima i kožama nekih životinja i unutar nekih minerala, zrake konstruktivno interferiraju jedna s drugom kako bi pojačale određene valne duljine i suzbile druge. Kad su strukture dobro uređene i dovoljno male – oko tisuću puta manje od ljudske dlake – ovaj postupak uzrokuje da zrake proizvode živopisan prasak u boji.
“Izuzetno je reproducirati ove živopisne boje u polimerima koji se koriste za proizvodnju predmeta poput ekološki prihvatljivih boja i vrlo selektivnih optičkih filtera”, rekao je voditelj studije Ying Diao, profesor kemijskog i biomolekularnog inženjerstva na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaign-u. “Potrebna je precizna kontrola sinteze i obrade polimera kako bi se oblikovali nevjerojatno tanki, uređeni slojevi koji stvaraju strukturnu boju kao što to vidimo u prirodi.”
Pažljivim podešavanjem postupka sastavljanja jedinstvenog strukturiranog polimera u obliku boce tijekom 3D printa, istraživači su pronašli način za ispis fotonskih kristala s podešavajućim debljinama slojeva koji s jednom tintom odražavaju spektar vidljivog svjetla.
Ova tinta sadrži razgranate polimere s dva vezana, kemijski različita segmenta. Istraživači otapaju materijal u otopini koja veže polimerne lance neposredno prije printa. Nakon ispisivanja i kako se otopina suši, komponente se odvajaju na mikroskopskoj ljestvici, tvoreći nano slojeve koji pokazuju različita fizička svojstva ovisno o brzini sklapanja.
“Najveći izazov sinteze polimera je kombiniranje preciznosti potrebne za sastavljanje nanocjevčice s proizvodnjom velikih količina materijala potrebnog za proces 3D-printa”, rekao je koautor Damien Guironnet, također profesor kemijskog i biomolekularnog inženjerstva na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaign-u.
U laboratoriju tim koristi modificirani 3D printer za preciznu prilagodbu brzine printanja i temperature. “Kontrola brzine i temperature nakupljanja filamenta omogućava nam kontrolu brzine sastavljanja i debljine unutarnjeg sloja na nano razini, što normalan 3D printer ne može učiniti”, rekla je Bijal Patel, studentica na Odjelu za kemijsko i biomolekularno inženjerstvo na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaignu i vodeći autor rada. “To diktira kako će se svjetlost odbijati od njih, a samim tim i boja koju vidimo.”
Istraživači su rekli da je spektar boja postignut ovom metodom ograničen, ali oni rade na poboljšanju tako što će naučiti više o kinetici iza načina na koji se u ovom procesu formiraju slojevi.
Pored toga, tim radi na širenju industrijske važnosti postupka, jer trenutna metoda nije dobro prikladna za printanje velikih količina. “Radimo s grupama Damien Guironnet, Charles Sing i Simon Rogers na Sveučilištu u Illinoisu na razvoju polimera i procesa printa koji se lakše kontroliraju, približavajući nas usklađivanju živih boja koje proizvodi priroda”, rekao je Diao.
