Adv. Func. Mater, | 大尺寸可调控3D 结构色打印

结构色源自纳米结构对入射光反射或散射的特殊特征，而不是通过颜料产生颜色。 虽然结构色的生物学例子在自然界中随处可见，但是如何人工制造这种具有复杂纳米特征的材料仍是一个挑战，并且仅限于超薄膜材料。

聚合物合成，挤压和打印的过程

如今，德国的研究人员提出了一种大体积3D 打印结构色的方法。相关研究成果已发表于 Adv. Func. Mater.,（ doi: 10.1002/adfm.202213099)。 新方法在防伪材料、智能传感器、光学涂层和显示技术方面具有潜在应用。

与传统染料和颜料相比，结构色具有特殊的优势，例如，其能够实现更鲜艳的色彩，对环境的危害较小，以及不会随时间褪色或被漂白。自2001年首次实现结构色以来，其仅限于在厚度小于一毫米的聚合物薄膜上加工。

薄膜的颜色可以通过多种方式改变，例如拉动材料、对其施加电压、改变温度或改变 pH 值，仅举几例。所以，打印的颜色能够按需调控。

为了扩展结构着色材料的用途，本研究改进了3D打印材料的配方，实现了具有可调控特性的打印结构。具体地，他们为设计了具有核和壳的聚合物颗粒 (CSP) ，该颗粒由一个坚硬的交联核心组成，周围环绕着一个固定的软壳。 基于 CSP 的材料反射光线，并且可以响应周围环境的外部触发，例如温度和机械变形。这种设计和打印方法都具有可调控的特性。

实验上，研究人员首先准备了定制的 CSP，通过改变了中间层的组成、壳单体和核壳比，使其可完全被 3D 打印。 CSP 由硬聚苯乙烯核和相对柔软的聚烷基丙烯酸酯基壳组成。CSP 的物理特性必须首先经过处理，否则它们会堵塞喷嘴，或者结构会因 3D 打印机的高温而被损坏。

接下来的步骤是逐层地打印，形成3D物体，结构色的基本颜色取决于底层粒子的大小。 由于在剪切力和高温下粘度降低，加工后的 CSP 可以很容易地挤出。 打印出来的物体，例如本研究展示的黑猩猩、树屋和蜥蜴的模型，具有肉眼不可见的3D 复杂结构，并实现了对机械变形敏感的虹彩结构色。