I en rapport som nyligen publicerades i Naturkommunikation , en forskargrupp ledd av docent Joel Yang från Singapore University of Technology and Design (SUTD) tryckt förmodligen den minsta färgglada 3D-modellen av Eiffeltornet. Imponerande, inga pigment eller bläck användes. Istället, den 3D-tryckta modellen av Eiffeltornet, mäter mindre än halva bredden av ett människohår vid 39 mikrometer, uppvisar flera färger på grund av det sätt på vilket ljus interagerar med nanostrukturerna som håller upp modellen. 3D-modellerna är gjorda av ett fintryckt nät av transparent polymer, bildar fotoniska kristaller. Dessa mest ihåliga mönster minskar anmärkningsvärt i storlek med cirka 5 gånger vid uppvärmning för att producera ett brett spektrum av färger.

Prof Yang sa:"Det finns stor spänning i forskarsamhället att vidareutveckla hållbara färgkällor som inte utvinns från djur eller växter. Tänk om produkterna vi tillverkar skulle kunna få sin färg genom nanoteksturering av materialet som det Vissa fjärilar och skalbaggar har utvecklats för att göra detta, kanske vi skulle lära oss att göra detta också. "Jämfört med pigment och färgämnen som förlitar sig på kemisk sammansättning, strukturella färger är högupplösta, permanent, och miljövänlig.

I naturen, färgen på några fjärilar, Pachyrhynchus weevils, och många kameleoner är anmärkningsvärda exempel på naturliga organismer som använder fotoniska kristaller för att producera färgglada mönster. Fotoniska kristallstrukturer reflekterar levande färger med nyanser beroende på deras gitterkonstanter. För att återspegla levande färger, gitterkonstanterna i en fotonisk kristall måste vara tillräckligt små. Till exempel, gitterkonstanten är bara ~ 280 nm på fjärilsvingar som ger en blå färgton. På grund av begränsningen för nuvarande 3D-utskriftsupplösning, det är en utmaning att skriva ut godtyckliga färger och former i alla tre dimensioner i denna mikroskopiska längdskala.

För att uppnå den önskade dimensionen av gitterkonstanter som är jämförbara med fjärilsskalorna, forskare från prof Yangs grupp använde en "färg-för-krympande" metod som introducerar ett tillsatsuppvärmningssteg för att krympa de fotoniska kristallerna som trycks med ett kommersiellt tvåfotonpolymerisationslitografisystem, dvs Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT. Prof Yang tillade:"Utmaningen är att krympa strukturer vid dessa nanoskopiska dimensioner utan att de ska förenas till en klump. Genom att mönstra större strukturer, och krymper dem senare, vi producerade strukturer som inte kunde ha skrivits ut direkt med standardmetoder. "Faktum är att de upprepade linjerna i vedhögkonstruktionerna krymptes till 280 nm, nästan 2x mindre än maskinspecifikationerna. Som en bonus bieffekt av krympning, brytningsindexet för den tvärbundna polymeren ökade i uppvärmningsprocessen, vilket ytterligare gynnar genereringen av färger.

Eiffeltornet i fullfärg visade förmågan att skriva ut godtyckliga och komplexa 3D-färgobjekt på mikroskala med hjälp av metoden "färg-för-krympning". Med friheten att designa 3-D fotoniska kristaller som krymper för att passa specifika färger, denna teknik skulle vara i stort sett tillämplig för att uppnå kompakta optiska komponenter och integrerad 3-D fotonisk krets som fungerar i det synliga området.