使用蝴蝶形態3D打印彩色納米結構

蘇黎世聯邦理工學院的研究人員通過3D打印某些受蝴蝶啟發的納米結構創造了人工色素。這個原理以后可以用來制作彩屏。

對于他們的新技術，生物化學工程教授AndrewdeMello小組的科學家從蝴蝶中汲取了靈感。原產于熱帶非洲的Cynandraopis物種的翅膀飾有絢麗的色彩。這些是由可見光波長范圍內極其復雜的規則表面結構產生的。通過偏轉光線，這些結構可以放大或抵消光的各個顏色分量。在deMello的帶領下，研究人員使用納米3D打印技術成功復制了Cynandraopis的表面結構以及其他改性結構。通過這種方式，他們創造了一種易于使用的原理，用于生產產生結構顏色的結構。

自然界中有許多這種結構著色的例子，包括不規則的表面結構——例如，在其他蝴蝶物種中發現的。“然而，Cynandraopis翅膀上的規則納米結構特別適合使用3D打印進行重建，”deMello小組的前博士生、本研究的主要作者曹曉寶解釋說。Cynandraopis結構由兩個相互垂直堆疊的網格層組成，晶格間距約為1/2至1微米。

整個調色板

通過在250納米到1.2微米的范圍內改變這種晶格間距和晶格棒的高度，ETH研究人員能夠生產出能夠生成可見光譜所有顏色的3D打印結構。許多這些顏色不會出現在它們的結構所基于的自然模型(蝴蝶)中。

研究人員成功地使用不同的材料(包括透明聚合物)生產了這種表面。“這使得從后面照亮結構以帶出顏色成為可能，”deMello小組的高級科學家、該研究的合著者StavrosStavrakis解釋說。“這是我們第一次設法在半透明材料中產生可見光譜的所有顏色作為結構顏色。”

安全功能

作為研究的一部分，科學家們制作了一張尺寸為2x2微米的多色調結構色像素的微型圖像。這些微小的圖像有朝一日可以用作鈔票和其他文件的安全特征。因為可以用透明材料產生顏色，所以也可以制造用于光學技術的濾色器。這與ETH教授deMello小組的主要研究活動非常吻合，該小組開發了微流體系統——用于化學和生物實驗的小型化系統。

研究人員說，大規模生產納米結構也是可以想象的。可以3D打印負結構作為模板，從而可以生產大量復制品。這意味著該原理可能適用于制造高分辨率彩色顯示器，例如薄的可彎曲屏幕。最后，科學家們指出，結構色可以取代當今印刷和繪畫中使用的顏料。與傳統顏料相比，結構色具有某些優勢：它們持續時間更長，因為它們在光照下不會褪色，并且在大多數情況下它們具有更好的環境足跡。