DLP打印碘化铜簇材料用于开发光学、温度双响应光学器件

来源：EngineeringForLife  

来自Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino的Ignazio Roppolo团队采用数字光处理（DLP）技术，在打印墨水中加入碘化铜簇材料作为智能染料，开发出具有光学、温度双响应性的光学器件。碘化铜簇材料在紫外光范围吸收，在可见光范围发射，可光致发光、热致变色。此外，碘化铜簇材料还可以充当光吸收剂，控制光聚合，从而制造更加精确的结构。相关论文“Thermochromic photoluminescent 3D printed polymeric devices based on copper-iodide clusters”发表于杂志Additive Manufacturing上。

图1 两种碘化铜簇材料的合成机理

研究人员根据如图1所示的反应机理，合成了两种碘化铜簇材料，评估它们在以双酚A乙氧基二丙烯酸酯（BEDA）作为单体，2-羟基-2-甲基丙苯酮（HMPP）作为光引发剂的墨水中的分散性。

这种碘化铜簇材料只能在晶体状态下发光，而在溶液中几乎失去这一特性。如图2所示，第一种碘化铜簇材料存在溶解问题，仅浓度为0.1%的组实现了良好的分散。第二种碘化铜簇材料的所有实验组均未显示任何发光特性，表明其在墨水中具有优异的溶解性。并且，由第二种碘化铜簇材料通过光固化制备的薄膜具有更好的均匀性。因此，后续实验均采用第二种碘化铜簇材料。

图2 两种碘化铜簇材料在墨水中的分散性

如图3所示，该碘化铜簇材料和HMPP具有重叠的紫外吸收曲线，在DLP打印中，该材料可以充当光吸收剂，避免过曝现象，控制打印精度。加入碘化铜簇材料，固化后，具有更高的储能模量，可以提高材料的固化强度。所有配方在可见光范围均表现出良好的透明度，其中使用1.0%的浓度便可达到良好的发光特性，有利于其用作光学器件。

图3 碘化铜簇光固化薄膜的光学性能

如图4所示，研究人员对加入碘化铜簇材料光固化制得的薄膜的热致变色性能进行了评价。碘化铜簇光固化薄膜具有温度响应性，当温度为77 K时，薄膜呈现深蓝色，将其加热至室温，薄膜呈现亮黄色，并且具有可逆性。

图4 碘化铜簇光固化薄膜的温度响应性

如图5所示，研究人员通过DLP打印，制得了包含碘化铜簇材料的复杂结构。在紫外线照射下，该器件能够发射亮黄色可见光，并且能够对温度进行响应，说明由DLP打印制得的加入碘化铜簇材料的复杂结构可以作为具有光学、温度双响应的光学器件的使用。

图5 DLP打印复杂结构的光致发光性能

综上所述，研究人员通过合成碘化铜簇材料，结合DLP打印技术，开发了一种具有光学、温度双响应性的光学器件。这种碘化铜簇材料合成方法简单，具有更低的毒性，打印的结构既可以保留染料的发射特性，又具有良好的透明度。此外，这种碘化铜簇材料还可以充当光吸收剂，从而控制打印精度。这种光学器件可以用作紫外线降档器和光漫射器装置，具有广阔的应用前景。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102504