[PHYS ORG] 세계 최초로 화학자들이 복잡한 구조적 색상의 3D 개체를 인쇄합니다.

누군가가 “껍질은 단단하지만 중심은 부드럽다”면 그것은 종종 매력적인 성격 특성으로 간주됩니다. 그러나 고분자 화학 교수인 Markus Gallei와 그의 박사 과정 학생인 Lukas Siegwardt에게 매력은 단단한 중심과 부드러운 껍질을 가진 “완벽한 입자”라는 물체를 만드는 데 있습니다.

“완벽한 입자”라는 용어는 크기와 모양이 모두 동일한 입자를 지칭하는 데 사용됩니다. Siegwardt와 Gallei는 이제 이러한 시작을 수정했습니다. 재료일반적으로 폴리스티렌 또는 폴리(에틸 아크릴레이트)와 같은 일반적인 폴리머로 만들어져 지금까지 불가능했던 3D 프린터에서 처리할 수 있습니다.

구조적 색상을 나타내는 재료를 인위적으로 제조하는 방법은 2001년부터 있었지만 두께가 1밀리미터 미만인 초박막 필름으로 제한되었습니다. Gallei 교수는 “일반적으로 이러한 재료는 색상을 변경할 수 있는 얇은 폴리머 필름을 생산하기 위해 산업용 프레스 또는 필름 압연 장비에서 처리되었습니다.”라고 설명했습니다.

필름의 색상은 재료를 잡아당기거나 전압을 가하거나 온도를 변경하거나 pH를 수정하는 등의 다양한 방법으로 변경할 수 있습니다. Markus Gallei는 “기본적으로 필요에 따라 재료의 색상을 제어할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 이러한 두 가지 큰 장점 구조 색상 기존의 많은 염료 안료와 달리 완전히 무해하며 결코 퇴색하지 않습니다.

또한 이러한 재료는 거의 무한대로 변형이 가능하며 최근까지만 생산할 수 있다는 사실에 의해 제한되었습니다. 초박막. 이러한 재료를 3D 물체로 만들 수 있다면 위조 방지 기술이나 다용도 측정 센서와 같은 광범위한 응용 분야에서 미래의 두 가지 잠재적 용도로 사용할 수 있습니다. 입자는 성형하기 쉬우면서도 고도로 특수한 특성을 갖도록 제조할 수 있습니다.

Lukas Siegwardt는 약 5센티미터 길이의 인쇄된 테스트 표본을 잡아당겨 카멜레온과 같은 재료의 특성을 보여줍니다. 그가 당기면 개체의 색상이 빨간색에서 파란색으로 점진적으로 바뀝니다. Siegwardt는 “따라서 이 물질이 인장력과 압축력에 반응할 수 있는 간단한 센서로 이미 기능하고 있음을 알 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

기본 화학을 이해하려면 앞에서 언급한 표준 폴리머의 “완벽한 입자”로 돌아가야 합니다. 이들은 산업용 프레스 또는 현재 더 자주 3D 프린터에 공급되는 흰색의 점착성 분말로 상업적으로 이용 가능합니다.

“시 인쇄 과정입자는 규칙적인 패턴으로 배열되며 이러한 패턴은 입자 사이의 간격에 따라 다른 색상을 갖게 됩니다.”라고 Markus Gallei는 설명했습니다.

개별 입자의 부드러운 껍질이 녹아 하드 코어를 둘러싸는 유동성 덩어리를 생성합니다. 개체를 당기면 개별 코어 입자 사이의 거리가 변경되고 그에 따라 색상이 변경됩니다. 딱딱하고 완벽한 입자는 부드러운 주변 매체 내에서 이동하여 새로운 패턴으로 배열됩니다. Markus Gallei는 이러한 분자 수준의 재배열이 “개별 입자 사이에서 꿀을 짜내는 것”과 같다고 설명했습니다.

이 미세 입자 사이의 거리를 변경하면 물질이 가시 광선과 상호 작용하는 방식이 변경되어 우리가 관찰하는 색상이 변경됩니다.

그러나 Lukas Siegwardt는 3D 프린팅을 위해 이러한 재료를 준비하는 데 많은 실험실 작업이 필요했습니다. “실제로 인쇄할 수 있도록 재료를 수정했습니다. 올바른 구성과 올바른 레시피를 찾는 데 몇 달이 걸렸습니다.”라고 Siegwardt는 말합니다. 그 과정에서 깨지기 힘든 두 개의 견과가 있었다. 먼저, Siegwardt는 입자가 프린터의 노즐을 막지 않고 재료가 가능한 한 적은 잔류물로 인쇄될 수 있도록 분말 시작 재료의 흐름 특성을 수정해야 했습니다.

“두 번째 문제는 재료의 열적 특성이었습니다. 산업용 프레스에서 시작 재료는 약 120°C를 견뎌야 합니다. 하지만 3D 프린터에서 재료는 140°C의 온도를 경험하며 때로는 200°C까지 올라갑니다.” 재료에 대한 요구 사항을 설명하면서 Siegwardt가 말했습니다. “그 몇 달 동안 내가 테스트한 많은 재료는 작업에 적합하지 않았습니다.”라고 그는 회상했습니다. 그러나 그의 인내는 성과를 거두었고 마침내 올바른 레시피를 찾았습니다.

그들의 노력 덕분에 두 사람은 연구 과학자 Saarland University의 연구팀은 반짝이는 구조적으로 착색된 물체에 대한 새롭고 실용적인 응용 프로그램을 개발하는 데 사용할 수 있는 방법을 확립했습니다. 그리고 그것은 모두 부드러운 껍질과 단단한 코어로 귀결됩니다.

연구는 저널에 게재됩니다. 첨단 기능성 소재.