Kolesteriska flytande kristaller, ett konstgjord material med egenskaper mellan vätskor och fasta kristaller, kan härma färgerna på fjärilsvingar. Flytande kristaller används i tv -apparater och smartphones, men framtida applikationer för vårdsensorer eller dekorativ belysning är svåra eftersom materialen inte kan användas i avancerade, snabba produktionsmetoder som 3D -utskrift. Materialen är inte tillräckligt viskösa för att göra stabila, fasta strukturer, och det är svårt att anpassa molekylerna för att producera specifika färger. TU/e-forskare har löst dessa problem genom att utveckla ett nytt ljusreflekterande flytande kristallbläck som kan användas med befintliga 3D-trycktekniker. Den nya forskningen har publicerats i tidskriften Avancerade material .

I naturen, iriserande material, som uppvisar en färgförändring sett från olika vinklar, finns i fjärilsvingar och i nacre (eller pärlemor) i blötdjurens inre skal.

En konstgjord version av dessa naturmaterial är kolesterisk flytande kristall, som redan har använts som "smarta" material i ljusreflektorer, växlingsbara fönster, och avstämbara solfångare.

För vårdapplikationer i mjuka bärbara sensorer eller dekorativ belysning, kolesteriska flytande kristaller är idealiska. Men tills nu, ett enkelt sätt att producera dessa material och göra enheter av dessa material har saknats.

Forskare från institutionen för kemiteknik och kemi vid TU/e ​​i samarbete med TNO, DSM, Brightlands Materials Center (i DynAM -konsortiet), och SABIC har skapat ett naturinspirerat flytande kristallelastomerbaserat bläck som kan 3D-skrivas ut på en yta via Direct-Ink-Writing (DIW). Huvudförfattare för studien är Ph.D. kandidat Jeroen Sol, med Albert Schenning och Michael Debije från gruppen Stimuli-responsive Functional Materials and Devices (SFD) som leder forskningsprojektet.

"DIW är en extruderingsbaserad 3D-utskriftsmetod där ett bläck doseras från ett litet munstycke på en yta lager för lager. Nuvarande kolesteriska flytande kristallbläck kan inte skrivas ut med DIW, så vi skapade ett flytande kristallbläck kompatibelt med DIW, säger Sol.

Det nya flytande kristallbläcket har flera viktiga egenskaper. Först, de ljusreflekterande egenskaperna hos bläcket är beroende av den exakta spiralformade inriktningen av molekyler i hela materialet vilket kräver finjustering av tryckprocessen. Andra, molekylerna i bläcket kan självmonteras till sådana strukturer som visar färger som liknar naturligt iriserande material, som de i fjärilsvingar. Tredje, det nya bläcket har större viskositet än tidigare bläck, vilket gör den lämplig för DIW -utskrift.

Till sist, det nya bläcket är nytt, enkelt att göra, lätt att bearbeta, och baserat på material som tidigare utvecklats av SFD-forskargruppen vid TU/e ​​för ljusreflekterande beläggningar, vilket gör den lämplig för 3D -utskrift.

Fjärilsvingar

"För att framgångsrikt skriva ut det nya bläcket med DIW, vi varierade parametrar som utskriftshastighet och temperatur. Och för att få bläcket att skriva ut ordentligt, vi gjorde också ett bläck som innehåller flytande kristaller med låg molekylvikt, "konstaterar Sol. Snarare imponerande, forskarna kunde använda det nya bläcket för att skriva ut syntetiska fjärilsvingar!

Till stor förvåning för forskarna dock de kunde också styra den nanoskala molekylära inriktningen mycket exakt genom att variera utskriftshastigheten. Detta gjorde att forskarna kunde ha större kontroll över materialets utseende och ljusreflekterande egenskaper. "Traditionellt, denna kontrollnivå är endast möjlig med mycket specialiserade tillverkningsanordningar, så att göra detta med det nya bläcket och DIW 3D -utskrift är ett verkligt genombrott, säger Sol.

Framtida applikationer

Med tanke på att det nya flytande kristallbläcket kan skrivas ut med DIW, den kan användas i framtida utskriftsprocedurer för personlig medicinsk utrustning som tunna bärbara biosensorer som interagerar visuellt och färgstarkt med bäraren.

"Vad mer, kombinationen av vårt nya bläck och DIW kan användas för att skriva ut de specialiserade optiska strukturerna som behövs för augmented reality-headset där verkliga och konstgjorda bilder sömlöst kombineras, "säger Sol upphetsat." Det nya materialet kan hitta in i framtidens HoloLenses - nu vore det något extraordinärt! "