新加坡技术与设计大学 三维印刷木桩光子晶体的热收缩诱导颜色
制造工艺示意图
左图:木桩光子晶体，采用双光子聚合技术，在商用IP-Dip抗蚀剂中写入，其尺寸远高于打印机的分辨率极限，以防止结构坍塌
右图:经过热处理后，光子晶体的尺寸减小到打印机的分辨率极限以下，并产生颜色
颜色随着不同程度的收缩而变化
从侧面看，热处理过的木桩光子晶体具有不同结构尺寸的复合光学显微照片
埃菲尔铁塔3D打印模型的显微照片，结构蓝色(c)和结构红色(d)
(五)埃菲尔铁塔的斜视图，上面印着有意渐变的颜色
进一步缩小埃菲尔铁塔的多色3D打印
信用:SUTD 在最近发表在《自然通讯》上的一份报告中，由新加坡科技设计大学的杨副教授领导的一个研究小组印刷了可能是埃菲尔铁塔最小的彩色三维模型
令人印象深刻的是，没有使用颜料或墨水
相反，埃菲尔铁塔的三维打印模型，尺寸不到39微米的人类头发宽度的一半，由于光与支撑模型的纳米结构相互作用的方式，呈现出多种颜色
三维模型由精细印刷的透明聚合物网制成，形成光子晶体
这些大部分是中空的设计，当加热产生各种颜色时，尺寸会显著缩小约5倍
杨教授说:“研究界对进一步开发非来自动物或植物的可持续颜色资源感到非常兴奋
如果我们制造的产品可以通过制造它的材料的纳米纹理来获得它的颜色呢？某些蝴蝶和甲虫已经进化到可以做到这一点，也许我们也可以学会这样做
“与依赖化学成分的颜料和染料相比，结构色具有高分辨率、持久性和环保性
在自然界中，一些蝴蝶、厚喙象鼻虫和许多变色龙的颜色是自然生物利用光子晶体产生彩色图案的显著例子
光子晶体结构反射鲜艳的颜色，其色调取决于它们的晶格常数
为了反射鲜艳的颜色，光子晶体的晶格常数必须足够小
例如，蝴蝶翅膀上的晶格常数只有大约280纳米，呈现蓝色调
由于当前三维打印分辨率的限制，在这种微观长度尺度下打印所有三维任意颜色和形状是一个挑战
为了获得与蝴蝶尺度相当的晶格常数所需的尺寸，杨教授团队的研究人员采用了“收缩着色”方法，该方法引入了附加加热步骤来收缩使用商业双光子聚合光刻系统印刷的光子晶体，即
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纳米公司光子专业燃气轮机
杨教授补充道:“挑战在于缩小这些纳米尺度的结构，而不是让它们聚成一团
通过图案化更大的结构，并在后来缩小它们，我们产生了无法用标准方法直接印刷的结构
“事实上，木桩结构的重复线条缩小到280纳米，几乎比机器规格小2倍
作为收缩的额外副作用，交联聚合物的折射率在加热过程中增加，这进一步有利于颜色的产生
全彩色埃菲尔铁塔展示了使用“收缩着色”方法在微型尺度上打印任意复杂三维彩色物体的能力
有了设计三维光子晶体的自由，缩小以适应特定的颜色，这项技术将广泛适用于实现紧凑的光学元件和集成三维光子电路在可见光区的工作
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