TU / E研究人员已经解决了与胆甾型液晶油墨材料的3D印刷相关的问题，并开发了一种可以与现有的3D打印技术一起使用的新的光反射液晶墨水。这个调查发表在《先进材料》杂志上。
在自然界中，蝴蝶翅膀和软体动物内壳的珍珠层（或珍珠母）中都可以发现彩虹色的物质，从不同角度观察时会出现颜色变化。胆甾相液晶是一种介于液体和固体晶体之间的人造材料，可以模仿蝴蝶翅膀的颜色。液晶被用于电视机和智能手机，但未来在医疗传感器或装饰照明方面的应用很困难，因为液晶材料无法用于3D打印等先进、快速的生产方法。这种材料的粘性不足以形成稳定的固体结构，而且很难使分子排列成特定的颜色。
这些天然材料的一个人造版本是胆甾型液晶，它已经被用作“智能”材料，用于光线反射器、可切换窗户和可调谐太阳能收集器。
对于软可穿戴传感器或装饰照明中的医疗保健应用，胆甾型液晶非常适合。虽然现在，缺乏生产这些材料和制造这些材料的简单方法。
来自TU / E的化学工程和化学系的研究人员与TNO，DSM，Bricklands Material Center（在Dynow Consortium）合作，并且SABIC创造了一种自然启发的液晶弹性体墨水，可以是3D印刷通过直接墨水写入（DIW）的表面。这项研究的牵头作者是博士学位候选人Jeroen Sol，Albert Schenning和Michael Debije从刺激响应功能材料和器件（SFD）集团前进的研究项目。
“DIW是一种基于挤压的3D打印方法，在这种方法中，油墨从一个小喷嘴一层一层地喷射到表面上。目前胆甾型液晶墨水不能用DIW打印，所以我们创造了一种与DIW兼容的液晶墨水。”Sol说。
新的液晶油墨具有几个关键特性。首先，墨水的光反射特性依赖于整个材料的精确螺旋对准，这需要微调印刷过程。其次，油墨中的分子可以自组装成显示与天然虹彩材料类似的颜色的结构，如蝶翼翅膀的颜色。第三，新油墨具有比以前的油墨更大的粘度，这使得它适用于DIW印刷。
最后，新型油墨是新颖的，易于制造，易于处理，并基于先前由SFD研究组在TU / E开发的材料用于光反射涂层，这有助于使其适用于3D打印。
“为了成功使用DIW打印新油墨，我们改变了打印速度和温度等参数。为了让这种墨水正确打印，我们还制作了一种含有低分子量液晶的墨水，”Sol说。研究人员能够使用这种新墨水打印合成蝴蝶翅膀!
然而，令研究人员大为惊讶的是，他们还能够通过改变打印速度非常精确地控制纳米级分子排列。这使得研究人员能够更好地控制这种材料的外观和光反射特性。Sol解释说:“传统上，只有非常专业的制造设备才能实现这种水平的控制，所以使用新油墨和DIW 3D打印是一个真正的突破。”
鉴于新的液晶油墨可以用DIW印刷，它可以用于未来的打印程序，用于个性化医疗设备，例如薄可穿戴的生物传感器，其在视觉上和与穿着者色彩相互作用。
“更重要的是，我们的新墨水和DIW的结合可以用于打印增强现实耳机所需的特殊光学结构，在增强现实耳机中，真实图像和人造图像可以无缝结合，”Sol补充道。“新材料可能会进入未来的全息透镜——这将是一件非凡的事情！”
论文全文细节:
“直接墨水书写手性光子聚合物的各向异性虹彩和偏振模式， Jeroen Sol, Lanti Yang, Nadia Grossiord, Albert Schenning, and Michael Debije, Advanced Materials，(2021)。
