研究

研究人员3D通过复制蝴蝶翅膀打印全彩谱

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研究人员在ETH Zurich已经成功地从蝴蝶的翅膀中吸引了3D印刷的人为颜色的纳米结构。

塞南德拉·奥普斯物种的翅膀原产于热带非洲,其特征是其鲜艳的颜色。然而,这些颜色不是基于色素的,而是结构上的,这意味着它们是由机翼表面复杂的纳米结构产生的。通过偏转和折射可见光,Cynandra Opis的翅膀扩大了某些颜色成分,从而产生了宝石式的光泽。

由生化工程教授安德鲁·德梅洛(Andrew Demello)领导的研究小组成功地设法使用自定义纳米掺杂技术重新创建了这些自然出现的结构。

该研究的首席作者科博曹(Xiaobao Cao)解释说:“ Cynandra Opis的翅膀上的常规纳米结构特别适合使用3D打印。”

雄性Cynandra Opis蝴蝶是3D打印结构颜色的型号。通过Eth Zurich的照片。
The male Cynandra opis butterfly served as the model for the 3D printed structural colors. Photo via ETH Zurich.

模仿Cynandra Opis通过3D纳米打印

在显微镜下看,Cynandra Opis蝴蝶的翅膀包含二维杆的网格,彼此堆叠在一起。这些杆之间的自然间距在0.5 - 1微米之间。

棒的3 d打印相同的网格但不同the spacing and height between 250 nanometers and 1.2 micrometers, the ETH researchers discovered that it was possible to generate virtually any color on the visible spectrum. Many of the hues achieved in the study aren’t even native to the wings of Cynandra opis. Additionally, the nanostructures were 3D printed in a variety of materials, including transparent polymers.

该研究的合着者Stavros Stavrakis解释说:“这使得从后面阐明结构以阐明颜色。”“这是我们第一次设法在半透明材料中生产所有可见光谱的颜色。”

两层网格的SEM成像。左侧是蝴蝶翼的细节,在右边是3D印刷结构的一部分。图像通过苏黎世Eth。
两层网格的SEM成像。左侧是蝴蝶翼的细节,右侧是3D打印结构的一部分。图像通过苏黎世Eth。

在哪里可以应用技术?

In a bid to find an application for their technology, the ETH team 3D printed a tiny 2×2 micrometer image made of structural color pixels. The researchers believe that similar tiny images can eventually be used for authentication purposes on banknotes and other documents.

由于颜色可以使用透明材料打印3D,因此也可以为光学设备生成颜色过滤器。该特定应用程序将与Demello的研究小组保持一致,该小组专门研究微流体系统的开发。当前的工作可以帮助化学和生物学实验的微型化系统。

The ETH team states that large-scale production of the color pixels is also possible. This could pave the way for a new kind of high-resolution color display, and perhaps even flexible screens.

最后,研究人员甚至认为,3D打印的结构颜色可能是印刷和绘画中使用的颜料的足够替代品。由于抵抗紫外线引起的褪色,它们不仅会持续更长的时间,而且还提供了比当今大多数色素沉着的选择更好的环境足迹。

该研究的更多细节可以在标题为“”的论文中找到复制Cynandra Opis蝴蝶的结构颜色,用于生物启发的颜色过滤器’。

该技术用于3D打印全色谱。通过Eth Zurich的照片。
该技术用于3D打印全色谱。通过Eth Zurich的照片。

这并不是研究人员第一次寻求复制大自然的原因,以启用改变颜色的3D打印应用程序。就在最近,来自都柏林三一学院SFI高级材料和生物工程研究中心(琥珀)开发了一套新颖的微观3D打印气体传感器基于孔雀的颜色羽毛。3D打印的传感器能​​够在某些溶剂蒸气的情况下更改颜色,并且可以用作检测有害污染物的非常视觉的方式。

Elsewhere, scientists from the埃因霍温大学(周二)随着小说的发展打破了新的地面3D printable color-changing liquid crystal ink。墨水根据其观看的角度改变颜色,使其像珠宝甲虫的外部或软体动物外壳的内部一样虹彩。

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特色图显示了男性Cynandra Opis蝴蝶。通过Eth Zurich的照片。