復旦大学: 3D プリント用磁気応答性フォトニック結晶カラーインク

出典: EngineeringForLife

最近、復旦大学の王長春教授のチームは、磁気応答性フォトニック結晶（MRPC）インクと3Dプリント技術を組み合わせるシンプルな戦略を提案しました。この戦略では、硬化性ラテックスインクにMRPCを追加し、本来の磁気応答性の色変化能力を維持し、磁性ナノ粒子クラスター（MNC）のサイズを制御することでMRPCの色を調整します。 3Dプリント技術とMRPCを組み合わせることで、金型の固定形状の制限を排除できます。また、機能性ナノ材料と3Dプリント技術の組み合わせは、より柔軟で便利な複雑なスマートデバイスの製造に適していることも示しています。関連論文「構造色を備えたスマートデバイスへの高速印刷のための磁気感応性フォトニック結晶インク」が、Materials Horizons誌に掲載されました。

まず、研究者らは磁性ナノ粒子クラスター（MNC）のサイズがMRPC分散液の構築に与える影響を調査し、水分含有量がMNCの粒子サイズに大きな影響を与えることを発見しました。そこで、水分含有量の異なる5つのMNCサンプルグループを準備し、透過型電子顕微鏡（TEM）画像で複数の粒子の直径を測定しました。直径分布ヒストグラム（図1）は、他のパラメータが変化していない場合、MNCの直径が水分含有量と負の相関関係にあることを示しました。

図 1 TEM 画像と直径分布ヒストグラム第二に、研究者らは起電力が MPRC 分散液の色、分布パターン、反射波長などの特性に影響を与えることを発見しました。起電力が徐々に増加すると、MNC の色が黄色から緑、そして青に変化します。起電力の作用により、超常磁性酸化鉄粒子クラスターは磁化し始め、電磁場の方向に沿ってナノチェーン構造に配列します。

図2 起電力がMRPC分散液の特性に与える影響。その後、研究者らは、溶媒としてPDMS、界面活性剤および増粘剤としてメトキシル化シリコーン（Dowsil ES-5612）、補強充填剤および硫黄防止剤として疎水性シリカを選択して3Dプリント可能なMRPCインクを調製し、そのレオロジー特性と粘弾性特性をテストしました（図3）。

図3 3DプリントされたカラーMRPCインクのレオロジー特性最終的に、研究者らは実験を通じてMRPCインクの配合と印刷プロセスを決定し、より複雑な構造の印刷に使用できるようになりました。ただし、MRPCの色は、エマルジョン液滴の体積、密度、厚さ、および印刷対象物の厚さによって簡単に制限されるため、印刷プロセス中に特別な注意が必要です（図4）。

図 4 3D プリントされたカラー MRPC インクと蝶の印刷の準備の概略図要約すると、この研究では、3D プリントに使用できる色を調整できる磁気応答性フォトニック結晶を提案しました。硬化性PDMSとチキソトロピー剤の使用により、MRPC分散液の乳化が容易になり、3Dプリント可能なMRPCインクが得られます。この研究は、光学ディスプレイ、偽造防止、センシングなどの分野でMRPCインクの幅広い応用の可能性を示しています。

参考文献
Yiquan Fang、Weiwei Fei、Xiuqing Shen、Jia Guo、Changchun Wang。構造色を備えたスマートデバイスへの迅速な印刷のための磁気感応性フォトニック結晶インク。Materials Horizons。
（https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 00577D#!div引用）

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