復(fù)旦大學(xué)：可用于3D打印的磁響應(yīng)光子晶體彩色墨水

來源： EngineeringForLife

近期，來自復(fù)旦大學(xué)的汪長春教授團(tuán)隊(duì)研究提出了一種將磁響應(yīng)光子晶體 (MRPC) 墨水與3D打印技術(shù)相結(jié)合的簡便策略，該策略通過在一種可固化的乳膠墨水中添加MRPC，保留其原來的磁響應(yīng)顏色變換能力，通過控制磁性納米粒子團(tuán)簇(MNCs)的大小，從而實(shí)現(xiàn)MRPC顏色的調(diào)整。通過將3D打印技術(shù)和MRPC相結(jié)合，可消除模具固定形狀限制，同時(shí)也表明功能性納米材料與3D打印技術(shù)的結(jié)合適用于制造更加靈活方便的復(fù)雜智能設(shè)備。相關(guān)論文“Magneto-sensitive photonic crystal ink for quick printing of smart devices with structural colors”發(fā)表于雜志Materials Horizons上。

首先，研究人員對磁性納米粒子團(tuán)簇(MNCs)尺寸對MRPC色散體的構(gòu)建的影響進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)水的含量對MNCs的粒徑影響很大，因此制定了5組含水量不同的MNCs樣品，測量透射電子顯微鏡（TEM）圖像中多個(gè)粒子直徑，直徑分布直方圖（圖1）表明在其他參數(shù)不變情況下，MNCs的直徑與水含量呈負(fù)相關(guān)。

圖1 TEM圖像和直徑分布直方圖

其次，研究人員發(fā)現(xiàn)電動(dòng)勢會影響MPRC分散體的顏色、分布方式、反射波長等特性。隨著電動(dòng)勢的逐漸增強(qiáng)，MNCs的顏色從黃色變?yōu)榫G色再到藍(lán)色，在電動(dòng)勢作用下超順磁性的四氧化三鐵粒子團(tuán)開始磁化并排列成沿電磁場方向的納米鏈結(jié)構(gòu)。

圖2 電動(dòng)勢對MRPC分散體特性的影響

隨后，研究人員選用PDMS為溶劑，甲氧基化的硅酮（Dowsil ES-5612）作為表面活性劑和增稠劑，疏水性二氧化硅作為增強(qiáng)填料和抗硫性劑，制備了可三維打印的MRPC墨水，并對其流變和粘彈特性進(jìn)行了測試（圖３）。

圖3 3D打印彩色MRPC油墨的流變特性

最后，研究人員經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定了MRPC油墨的配方以及打印工藝，從而將其用于更為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打印，但MRPC的顏色容易受到乳化液滴的體積、密度以及打印物體厚度的限制，這在打印過程中需要特別注意（圖４）。

圖4 3D打印彩色MRPC油墨的制作以及蝴蝶打印示意圖

綜上所述，該研究提出了一種可調(diào)顏色且能夠用于3D打印的磁響應(yīng)光子晶體。使用可固化的PDMS和觸變性試劑可使MRPC分散體更加方便的實(shí)現(xiàn)乳化，從而得到可3D打印的MRPC墨水，該研究為MRPC墨水在光學(xué)顯示、防偽、傳感等領(lǐng)域提供了廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
Yiquan Fang, Weiwei Fei, Xiuqing Shen, Jia Guo and  Changchun Wang. Magneto-sensitive photonic crystal ink for quick printing of smart devices with structural colors. Materials Horizons.
（https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 00577D#!divCitation）