3D打印纳米结构再现结构色彩 或将取代有毒颜料

　　【中国智能制造网 技术前沿】德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员发现了一种再现蓝色狼蛛和孔雀的“结构色彩”的方法。他们使用重叠的3D打印纳米结构，这种结构会折射光线从而产生动态的色彩效果，该技术终可能会帮助替代包装、工业应用甚至化妆品中的有毒颜料。　　结构着色不同于颜料着色，是通过干扰自然光的极小“结构化”表面来产生颜色。例如，孔雀羽毛实际上是棕色的，但其细脊中的图案结构使其反射出生动的蓝色和绿色。当使用新的3D打印方法来生产时，结构色看起来更加生动并且比传统颜料更持久，同时还具有无毒的优点。
　　
　　结构色能根据不同的视角而改变色调和晕彩，就如同CD的下侧一样，这是一个迷人但通常不讨喜的效果。为了产生稳定的颜色，制造商一直在设法使这种效果小化，但不是很成功。然而，在自然界，臭名昭著的蓝色狼蛛（以及孔雀和翠鸟）可以毫不费力地做到这一点，它们奇妙的生理机能帮助KIT研究人员了解到稳定的结构色的秘密，研究人员着重研究了狼蛛，并发现其身上的绒毛形成了许多花状的多层结构。
　　
　　KIT团队分析了狼蛛结构颜色的反射行为，然后再用纳米级3D打印机打印出绒毛。不满足于只复制蓝色狼蛛的颜色，他们想找到一个能再现所有颜色且具商业可行性的3D打印解决方案。通过与在比利时和美国的团队合作，KIT科学家改进了一个模型来产生任何选定的结构色。即使在160度的视角下，这些结构色也是一致的。目前，这是在合成色上所实现的大视角，而灵感来自蓝色狼蛛的花状结构也具有潜在的商业可行性。
　　
　　通过改变花状结构（径长仅为15微米）的尺寸，研究人员发现他们能随意改变颜色。这是材料和色彩科学领域中的一个重大进步，可能会改变纺织业和包装业。从长远来看，甚至还可能对化妆品行业产生重大的影响，虽然有些遥远。
　　
　　虽然研究人员开发出了一种有效的模型，但仍然有一个关键的问题阻碍着结构色的普遍化。现在，世界上只有少数几家公司和机构能提供纳米级3D打印。KIT的Hendrick Holscher博士承认，他们不可能满足商业应用上的潜在需求，即使可以，从成本上来看现在也不是很划算。　　幸运的是，随着3D打印行业的快速发展，KIT团队认为纳米级3D打印设备的相对短缺只是一个暂时性问题。不久前，纳米级3D打印还只是一个梦想，但现在，美国橡树岭实验室正在大力研究聚焦电子束诱导沉积（Focused Electron Beam Induced Deposition）打印，哈佛大学拥有纳米级系统中心，的公司和大学正在努力开发自己的解决方案。因此，纳米级3D打印的普遍化和商业化只是一个时间问题，一旦技术跟上，所有的问题将迎刃而解。
　　
　　据研究人员说，结构色的另一个可能的解决方案是创建非晶纳米级结构，这种结构可根据视角而改变光的折射的。在未来，当3D打印行业可以生产出市场价合适的纳米级打印件时，这将是一种有趣的方案。目前，KIT团队坚信，在结构色的商业应用中，花状结构是具成本效益和可行性的一种模型。
　　
　　（原标题：科学家使用重叠的3D打印纳米结构再现“结构色彩”）