En ny flydende krystal blæk til 3D-print

Kolesteriske flydende krystaller, et menneskeskabt materiale med egenskaber mellem væsker og faste krystaller, kan efterligne farverne på sommerfuglevinger. Flydende krystaller bruges i fjernsyn og smartphones, men fremtidige applikationer til sundhedssensorer eller dekorativ belysning er vanskelige, da materialerne ikke kan bruges i avancerede, hurtige produktionsmetoder som 3D-print. Materialerne er ikke tyktflydende nok til at gøre dem stabile, faste strukturer, og det er svært at justere molekylerne til at producere specifikke farver. Disse problemer har TU/e-forskere løst ved at udvikle en ny lysreflekterende flydende krystalblæk, der kan bruges sammen med eksisterende 3D-printteknikker. Den nye forskning er blevet offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .

I naturen, iriserende materialer, som udviser en farveændring, når de ses fra forskellige vinkler, kan findes i sommerfuglevinger og i perlemor (eller perlemor) i bløddyrs indre skal.

En menneskeskabt version af disse naturlige materialer er kolesterisk flydende krystal, som allerede er blevet brugt som "smarte" materialer i lysreflektorer, omskiftelige vinduer, og justerbare solfangere.

Til sundhedsapplikationer i bløde, bærbare sensorer eller dekorativ belysning, kolesteriske flydende krystaller er ideelle. Indtil nu dog, der har manglet en nem måde at fremstille disse materialer og lave indretninger af disse materialer.

Forskere fra Institut for Kemiteknik og Kemi på TU/e ​​i samarbejde med TNO, DSM, Brightlands Materials Center (i DynAM-konsortiet), og SABIC har skabt en natur-inspireret flydende krystal elastomer-baseret blæk, der kan 3D-printes på en overflade via Direct-Ink-Writing (DIW). Hovedforfatter for undersøgelsen er ph.d. kandidat Jeroen Sol, med Albert Schenning og Michael Debije fra gruppen Stimuli-responsive Functional Materials and Devices (SFD) som leder forskningsprojektet.

"DIW er en ekstruderingsbaseret 3D-udskrivningsmetode, hvor en blæk dispenseres fra en lille dyse på en overflade på lag-for-lag-basis. Nuværende kolesteriske flydende krystalblæk kan ikke udskrives med DIW, så vi skabte en flydende krystalblæk, der er kompatibel med DIW, siger Sol.

Det nye flydende krystal blæk har flere nøgleegenskaber. Først, blækkets lysreflekterende egenskaber er afhængige af den præcise spiralformede justering af molekyler gennem hele materialet, hvilket kræver finjustering af printprocessen. Sekund, molekylerne i blækket kan selv samle sig til sådanne strukturer, der viser farver, der ligner naturlige iriserende materialer, som dem i sommerfuglevinger. Tredje, det nye blæk har større viskositet end tidligere blæk, hvilket gør den velegnet til DIW print.

Endelig, det nye blæk er nyt, let at lave, let at behandle, og baseret på materialer, der tidligere er udviklet af SFD-forskningsgruppen ved TU/e ​​til lysreflekterende belægninger, som er med til at gøre den velegnet til 3D-print.

Sommerfugle vinger

"For at kunne udskrive det nye blæk med DIW, vi varierede parametre som printhastighed og temperatur. Og for at få blækket til at udskrive korrekt, vi lavede også en blæk indeholdende flydende krystaller med lav molekylvægt, " bemærker Sol. Temmelig imponerende, forskerne var i stand til at bruge det nye blæk til at printe syntetiske sommerfuglevinger!

Til stor overraskelse for forskerne dog, de var også i stand til at kontrollere den molekylære justering i nanoskala meget præcist ved at variere printhastigheden. Dette gjorde det muligt for forskerne at have større kontrol over materialets udseende og lysreflekterende egenskaber. "Traditionelt dette kontrolniveau er kun muligt med meget specialiserede fabrikationsenheder, så at gøre dette med det nye blæk og DIW 3D-print er et sandt gennembrud, siger Sol.

Fremtidige ansøgninger

Da det nye flydende krystal blæk kan printes med DIW, det kan bruges i fremtidige udskrivningsprocedurer for personligt medicinsk udstyr, såsom tynde, bærbare biosensorer, der interagerer visuelt og farverigt med bæreren.

"Hvad mere er, kombinationen af ​​vores nye blæk og DIW kan bruges til at udskrive de specialiserede optiske strukturer, der er nødvendige for augmented reality-headset, hvor virkelige billeder og kunstige billeder er sømløst kombineret, " siger Sol begejstret. "De nye materialer kunne finde vej til fremtidens HoloLenses - nu ville det være noget ekstraordinært!"