アイントホーフェン工科大学の研究者が液晶4Dプリンティングに関するレビューを発表

この投稿は warrior bear によって 2021-11-2 20:15 に最後に編集されました。

2021年11月2日、Antarctic Bearは、アイントホーフェン工科大学（TU Eindhoven）の研究者が液晶付加製造分野に関する最新の総合レポートを発表したことを知りました。

液晶は、従来の液体と固体結晶の両方の特性を示す物質の一種です。液晶は、液晶ディスプレイ (LCD) の主要コンポーネントであるだけでなく、光反射板や切り替え可能な窓から太陽電池パネルまで、高度な用途を持つスマート材料でもあります。
3D プリントと組み合わせると、液晶は乾燥環境と湿潤環境の両方でプログラム可能で可逆的な異方性作動を実現できるため、非常に強力な 4D 機能を備えた「刺激応答性材料」になります。潜在的な積層造形の使用例のリストには、エネルギー生産、センシング、さらにはソフトロボティクスも含まれます。
従来の学術レビューとは異なり、アイントホーフェン大学の論文は、単にその分野の注目すべき研究プロジェクトを列挙するのではなく、専門家以外の人々のためのマニュアルとして機能することを目的としています。
博士課程4年生でレビューの共著者であるジェロエン・ソル氏は次のように書いています。「このレポートは、読者に付加製造分野で液晶を使用する際の選択肢と課題についての包括的な理解を与えると同時に、液晶や付加製造の経験がある研究者には、記事全体を詳しく読んで、付加製造や液晶を自分の研究にどのように取り入れることができるかを考えるよう促します。」
△4Dプリントされた液晶ソフトロボットは、熱、紫外線などのメカニズムで駆動できます。画像はアイントホーフェン大学より。
液晶配向の重要性<br /> 報告書は、液晶の分子秩序が異方性特性に影響を与える主な要因であり、刺激に対する反応方法に大きな影響を与えることを示唆している。したがって、3D プリント中に分子配列を制御することは非常に重要です (特に 4D アプリケーションの場合) が、これを行うにはいくつかの一般的な方法があります。
液晶中の分子を整列させる最も広く使用されている方法の 1 つは、化学表面処理を使用することです。このアプローチでは通常、上面と底面にアライメント層を備えたガラスユニットが使用されます。セルが液晶段階まで冷却されると、分子は相転移を起こし、所定の方法で自発的に組織化されるようになります。液晶は、3D 印刷プロセス中に電界または磁界を適用したり、せん断や伸長などの機械的な力を使用したりすることで整列させることもできます。
4DプリントLCDの応用<br /> この論文では、ソフトロボットをはじめとする、4D プリントされた液晶構造のより高度な応用についても論じています。液晶材料の収縮ストリップは、ソフトロボットの人工筋肉として使用されます。これらの人工筋肉は通常、熱、光、または湿気にさらされることで作動し、個別に 3D プリントすることも、一緒に編み込んで追加のスマート機能を埋め込むこともできます。
付加的に製造された液晶は、動的生体医学インプラントにも使用される可能性があります。これらの材料はまだ人間のインプラントへの使用が承認されていないが、これまでの研究でこれらの材料にはある程度の生体適合性がある可能性があることが示されていると論文は指摘している。たとえば、直接インクで書き込むようなプロセスにより、赤外線を照射すると熱収縮を制御できる尿インプラントを印刷できる可能性があります (赤外線は皮膚を非常によく通過します)。
最後に、液晶は光学デバイスで従来から幅広く使用されているため、3D プリントを介してフォトニックデバイスにも使用できます。実際、アイントホーフェン大学のチームが行った別の実験では、マイクロ押し出し用に新しい色が変わる液晶インクが開発されました。このインクは、タマムシの外側のような虹色に輝く素材からヒントを得たもので、装飾照明や拡張現実の光学にも影響を与えることが期待されている。
△虹色の液晶インクを使用して3Dプリントした蝶。写真提供：アイントホーフェン工科大学。
3D 印刷方法、印刷パラメータの改良、液晶の駆動方法などの詳細なトピックについては、「液晶の 4D 印刷: 自分に最適なもの」というタイトルの論文をご覧ください。
関連論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104390
光学デバイスの 3D プリントは、積層造形における最先端分野です。今年初め、キング・アブドラ科学技術大学（KAUST）の研究者らは、特殊なタイプの光ファイバーであるフォトニック結晶ファイバーを3Dプリントする新しい方法を開発した。チームはこのプロジェクトのために特殊な SLA ベースの 3D プリンターを構築し、科学者たちはこれまで不可能だった内部形状で光ファイバーをカスタマイズできるようになりました。
一方、フライブルク大学と3DプリンターメーカーのNanoscribeの科学者らは最近、2光子重合法を用いてサブミクロンの解像度を持つガラスシリコン微細構造を製造した。研究チームは、将来的には独自の印刷、剥離、焼結プロセスを利用して、バイオメディカル用途の可能性のある次世代のマイクロ光学デバイスを製造できると考えています。

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