中科院化學(xué)所發(fā)展出結(jié)構(gòu)色3D打印新策略

來源： 中科院化學(xué)研究所

三維光子晶體由于獨特的光學(xué)性質(zhì)而受到關(guān)注，并在各個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。3D打印技術(shù)為構(gòu)建復(fù)雜的三維光子晶體結(jié)構(gòu)提供了可能。然而，常見的噴墨打印、直寫打印與熔融沉積方法受限于構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)的自由度、繁瑣冗長的平衡著色過程以及較弱的體積結(jié)構(gòu)色性質(zhì)，阻礙了進(jìn)一步應(yīng)用。雖有報道利用非連續(xù)的3D打印實現(xiàn)三維光子晶體的快速制備，但粗糙的表面形貌和低保真性難以滿足光學(xué)器件的要求。因此，如何通過簡單易行的方法，快速制備具有光滑表面和明亮體積結(jié)構(gòu)色的復(fù)雜三維光子晶體結(jié)構(gòu)仍是挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷院重點實驗室研究員宋延林、副研究員吳磊等，利用氫鍵輔助的膠體顆粒墨水，基于連續(xù)數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)，實現(xiàn)了具有明亮結(jié)構(gòu)色的三維光子晶體結(jié)構(gòu)的制備。氫鍵誘導(dǎo)的膠體顆粒的均勻分散及連續(xù)固化方式的協(xié)同作用，使得膠體顆粒在連續(xù)打印過程中在各個固化層內(nèi)發(fā)生限域組裝，從而賦予三維光子晶體體積結(jié)構(gòu)色特性。

△3D結(jié)構(gòu)色打印機理及各種復(fù)雜3D光子晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)傳輸結(jié)構(gòu)　

該研究通過控制膠體顆粒的粒徑和打印速度，可以精細(xì)調(diào)控組裝出的結(jié)構(gòu)色。基于此，研究可快速制備出單一或多結(jié)構(gòu)色的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，并打印出具有光滑內(nèi)外表面、低光學(xué)損耗及圖案、色彩可調(diào)控的光傳輸結(jié)構(gòu)。科研人員利用該方法打印的三維光子晶體結(jié)構(gòu)具有角度依賴特性、優(yōu)異的形狀保真性、光滑的表面形貌與高精度，這對創(chuàng)新結(jié)構(gòu)色的制備方法以及擴展3D打印的應(yīng)用具有重要意義。


相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金、中科院、北京分子科學(xué)國家研究中心的支持。