復旦大學：可用于3D打印的磁響應光子晶體彩色墨水

來源： EngineeringForLife

近期，來自復旦大學的汪長春教授團隊研究提出了一種將磁響應光子晶體 (MRPC) 墨水與3D打印技術相結合的簡便策略，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顏色變換能力，通過控制磁性納米粒子團簇(MNCs)的大小，從而實現(xiàn)MRPC顏色的調整。通過將3D打印技術和MRPC相結合，可消除模具固定形狀限制，同時也表明功能性納米材料與3D打印技術的結合適用于制造更加靈活方便的復雜智能設備。相關論文“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簇(MNCs)尺寸對MRPC色散體的構建的影響進行了探索，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相關。

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。隨著電動勢的逐漸增強，MNCs的顏色從黃色變?yōu)榫G色再到藍色，在電動勢作用下超順磁性的四氧化三鐵粒子團開始磁化并排列成沿電磁場方向的納米鏈結構。

圖2 電動勢對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)過實驗確定了MRPC油墨的配方以及打印工藝，從而將其用于更為復雜結構的打印，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顏色且能夠用于3D打印的磁響應光子晶體。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墨水在光學顯示、防偽、傳感等領域提供了廣闊的應用前景。

參考文獻
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）