复旦大学：可用于3D打印的磁响应光子晶体彩色墨水

来源： EngineeringForLife

近期，来自复旦大学的汪长春教授团队研究提出了一种将磁响应光子晶体 (MRPC) 墨水与3D打印技术相结合的简便策略，该策略通过在一种可固化的乳胶墨水中添加MRPC，保留其原来的磁响应颜色变换能力，通过控制磁性纳米粒子团簇(MNCs)的大小，从而实现MRPC颜色的调整。通过将3D打印技术和MRPC相结合，可消除模具固定形状限制，同时也表明功能性纳米材料与3D打印技术的结合适用于制造更加灵活方便的复杂智能设备。相关论文“Magneto-sensitive photonic crystal ink for quick printing of smart devices with structural colors”发表于杂志Materials Horizons上。

首先，研究人员对磁性纳米粒子团簇(MNCs)尺寸对MRPC色散体的构建的影响进行了探索，发现水的含量对MNCs的粒径影响很大，因此制定了5组含水量不同的MNCs样品，测量透射电子显微镜（TEM）图像中多个粒子直径，直径分布直方图（图1）表明在其他参数不变情况下，MNCs的直径与水含量呈负相关。

图1 TEM图像和直径分布直方图

其次，研究人员发现电动势会影响MPRC分散体的颜色、分布方式、反射波长等特性。随着电动势的逐渐增强，MNCs的颜色从黄色变为绿色再到蓝色，在电动势作用下超顺磁性的四氧化三铁粒子团开始磁化并排列成沿电磁场方向的纳米链结构。

图2 电动势对MRPC分散体特性的影响

随后，研究人员选用PDMS为溶剂，甲氧基化的硅酮（Dowsil ES-5612）作为表面活性剂和增稠剂，疏水性二氧化硅作为增强填料和抗硫性剂，制备了可三维打印的MRPC墨水，并对其流变和粘弹特性进行了测试（图３）。

图3 3D打印彩色MRPC油墨的流变特性

最后，研究人员经过实验确定了MRPC油墨的配方以及打印工艺，从而将其用于更为复杂结构的打印，但MRPC的颜色容易受到乳化液滴的体积、密度以及打印物体厚度的限制，这在打印过程中需要特别注意（图４）。

图4 3D打印彩色MRPC油墨的制作以及蝴蝶打印示意图

综上所述，该研究提出了一种可调颜色且能够用于3D打印的磁响应光子晶体。使用可固化的PDMS和触变性试剂可使MRPC分散体更加方便的实现乳化，从而得到可3D打印的MRPC墨水，该研究为MRPC墨水在光学显示、防伪、传感等领域提供了广阔的应用前景。

参考文献
Yiquan Fang, Weiwei Fei, Xiuqing Shen, Jia Guo and  Changchun Wang. Magneto-sensitive photonic crystal ink for quick printing of smart devices with structural colors. Materials Horizons.
（https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 00577D#!divCitation）