术语“完美颗粒”用于指所有具有相同尺寸和形状的颗粒。Siegwardt 和 Gallei 现在已经对这些通常由普通聚合物（如聚苯乙烯或聚（丙烯酸乙酯））制成的起始材料进行了修改，以便它们现在可以在 3D 打印机中进行处理——这是迄今为止不可能实现的 。

打印物体不同位置的反射光谱。使用多项式平滑线连接每个光谱的 73 个测量点。插入的图片显示了一个小房子（高度：19 毫米）的树形（用于侏儒、地精和其他森林居民）从不同的方向将光谱分配给相应的测量位置。所有光谱均在垂直入射下测量。照片是在没有背景照明和激活相机手电筒以模仿正常光入射的情况下拍摄的。顶部表面的后半部分用熨烫脚本进行了改进。a) 对由较小的 CSP1 组成的样本进行测量，呈现绿松石色。b) 对由较大的 CSP2 组成的样本的测量，呈现橙色。图片来源：先进功能材料(2023)。

人工制造显示结构色材料的方法自 2001 年以来一直存在，但仅限于超薄膜，厚度不到一毫米。“传统上，这些材料在工业压力机或薄膜轧制设备中进行加工，以生产可以改变颜色的聚合物薄膜，”Gallei 教授解释说。

 

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。“您基本上可以按需控制材料的颜色，”Markus Gallei 说。这种结构色的两大优点是它们完全无害——与许多传统染料不同——而且它们永不褪色。

 

此外，这些材料几乎是可以无限变形的，直到最近，这还受到它们只能作为超薄膜生产这一事实的限制。如果这些材料可以被塑造成 3D 物体，它们可以用于广泛的应用，例如防伪技术或作为多功能测量传感器，仅举两个潜在的未来用途。可以制造颗粒，使其具有高度特殊的特性，同时也易于成型。

 

卢卡斯·西格沃特 (Lukas Siegwardt) 拉动一个长约 5 厘米的打印测试样本，展示了这种材料的变色龙特性。当他拉动时，物体的颜色逐渐从红色变为蓝色。Siegwardt 解释说：“所以你可以看到，这种材料已经可以作为一种简单的传感器发挥作用，可以对拉力和压力做出反应。”

 

要了解基础化学，我们需要回到前面提到的那些标准聚合物的“完美粒子”。这些材料以白色粘性粉末的形式在市场上出售，可以被送入工业印刷机，或者现在更常见的是被送入 3D 打印机。

 

Markus Gallei 解释说：“在印刷过程中，粒子会自行排列成规则的图案，这些图案会根据粒子之间的间距而具有不同的颜色。”

 

单个颗粒的软壳熔化形成围绕硬核的可流动物质。拉动一个物体会改变各个核心粒子之间的距离，并且颜色会相应地发生变化。坚硬的完美粒子在柔软的周围介质中移动，并将自己排列成新的图案。Markus Gallei 将这种分子水平的重排解释为“从单个颗粒之间挤出蜂蜜”。

 

改变这些微小粒子之间的距离会改变材料与可见光相互作用的方式，从而改变我们观察到的颜色。

 

但是，为 3D 打印准备此类材料需要 Lukas Siegwardt 进行大量实验室工作。“我修改了材料，以便实际打印出来。我花了几个月的时间才找到正确的成分和正确的配方，”Siegwardt 说。在这个过程中有两个棘手的问题需要解决。首先，Siegwardt 必须改变粉末状起始材料的流动特性，这样颗粒就不会堵塞打印机的喷嘴，并且材料可以在打印时尽可能少地留下残留物。

 

“第二个问题是材料的热性能。在工业印刷机中，起始材料必须承受大约 120 °C。但在 3D 打印机中，材料会经历 140 °C 的温度，有时甚至高达 200 °C，”齐格沃特说，解释了对材料的要求。“那几个月我测试的许多材料根本无法胜任这项工作，”他回忆道。但他的坚持得到了回报，他终于找到了正确的食谱。

 

由于他们的努力，来自萨尔州大学的两位研究科学家建立了一种方法，可用于为这些闪闪发光的结构彩色物体开发新的实际应用。而这一切都归功于软壳和硬核。

 

该研究发表在《先进功能材料》杂志上。

编辑：澜澜

免责声明：文章转载自网络。文章内容不代表本站观点，本站不对其内容的真实性、完整性、准确性给予任何担保、暗示和承诺，仅供读者参考，风险自己甄别并承担后果；如有侵权请及时联系本站，我们会及时删除处理！