華中科技大学の朱錦濤教授と張連斌氏のチーム「AFM」:超分子コロイド複合体の3Dプリント

華中科技大学の朱錦濤教授と張連斌氏のチーム「AFM」:超分子コロイド複合体の3Dプリント
出典: ポリマーテクノロジー

3D 幾何学形状の構造色オブジェクトは、光学機器、センシング、カスタマイズされた装飾などの分野で幅広い応用が期待されています。現在、3D構造色オブジェクトの準備プロセスは煩雑であり、通常、成形後に構造色を生成するための後処理が必要です。構造色の直接生成と三次元構造の形成を一挙に実現するには、まだ課題が残っています。

最近、華中科技大学化学工学部の朱錦濤教授と張連斌教授のチームが、3D構造色物体の作成において進歩を遂げました。彼らは、コロイド粒子とポリマーからなる超分子コロイド複合体をダイレクトインクライティング(DIW)によって直接印刷することで、3D構造を持つ構造色オブジェクトをワンステップで構築する方法を提案しました(図1)。この研究では、動的な可逆的な超分子相互作用の導入が重要な役割を果たしています。i. ポリマーマトリックス内のコロイド粒子の高体積分率の均一な分散を確保し、それによって構造色の直接生成を効果的に確保します。ii. 超分子コロイド複合体に DIW 印刷のレオロジー要件 (チキソトロピー、ずり流動化、適切な降伏応力) を付与します。iii. カスタマイズされたニーズを満たし、原材料の損失を減らすために、3D 構造色オブジェクトにリサイクル可能で修復可能な特性を付与します。iv. 3D 構造色オブジェクトの構築は、他の一般的に使用されるポリマーおよびコロイド粒子材料システムに拡張できます。この研究は、「超分子3Dプリンティングにより、修復可能でリサイクル可能な構造的に着色されたオブジェクトのワンステップ生成が可能に」というタイトルでAdvanced Functional Materialsに掲載されました。記事の責任著者は張連斌教授、第一著者は華中科技大学の博士課程学生である胡珍です。この研究は、中国国家自然科学基金(52373075)と中央大学基礎研究基金(HUST: 5003013129)の支援を受けて行われました。

図 1 3 次元構造を持つ構造色オブジェクトを 1 ステップで構築する超分子 3D 印刷戦略。著者らは、ポリエチレンイミン (PEI) とシリカコロイド粒子を組み合わせて超分子コロイド複合体を構築し、直接 DIW 印刷によって複雑な 3D 構造を持つ構造色オブジェクトを取得しました。超分子コロイド複合体は、DIW 印刷の要件を満たすレオロジー特性を示します。つまり、せん断減粘により、印刷中に超分子コロイド複合体が連続的に押し出されます。適切な降伏応力により、複合体を層ごとに積み重ねて変形することなく 3D 構造を構築できます。チキソトロピーにより、超分子コロイド複合体は押し出し後に固体のレオロジー挙動を回復できます。適切な印刷温度により、超分子コロイド複合体はより低い応力要件で連続的に押し出されます (図 2)。

図 2 超分子コロイド複合体のレオロジー特性 超分子相互作用の多様性と調整可能性に基づいて、この研究の方法は、3D 構造色オブジェクトを構築するためのさまざまなポリマーおよびコロイド粒子システムに適用できます (図 3)。超分子相互作用の動的かつ可逆的な特性により、3D 構造色オブジェクトは修復可能でリサイクル可能な特性を備え、カスタマイズされた構造を構築するニーズを満たすことができます。印刷された 3D 構造色オブジェクトはリサイクルして超分子コロイド複合体を得ることも、閉ループリサイクルして対応するポリマーやコロイド粒子を得ることもできます (図 4)。

図3 超分子3Dプリント戦略の多様性 図4 3D構造色オブジェクトのカスタマイズ、再印刷、および閉ループリサイクル

オリジナルリンク:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202410921



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