Camaleones de colores brillantes, mariposas los ópalos, y ahora algunos materiales impresos en 3D, reflejan el color mediante el uso de estructuras a nanoescala llamadas cristales fotónicos.

Se publica en la revista un nuevo estudio que demuestra cómo un proceso de impresión 3D modificado proporciona un enfoque versátil para producir varios colores a partir de una sola tinta. Avances de la ciencia .

Algunos de los colores más vibrantes de la naturaleza provienen de un fenómeno a nanoescala llamado coloración estructural. Cuando los rayos de luz se reflejan en estas estructuras colocadas periódicamente ubicadas en las alas y pieles de algunos animales y dentro de algunos minerales, interfieren constructivamente entre sí para amplificar ciertas longitudes de onda y suprimir otras. Cuando las estructuras están bien ordenadas y son lo suficientemente pequeñas, unas mil veces más pequeñas que un cabello humano, dijeron los investigadores, los rayos producen una intensa explosión de color.

"Es un desafío reproducir estos colores vibrantes en los polímeros utilizados para producir elementos como pinturas ecológicas y filtros ópticos altamente selectivos, "dijo el líder del estudio Ying Diao, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Se necesita un control preciso de la síntesis y el procesamiento de polímeros para formar el increíblemente delgado, capas ordenadas que producen el color estructural como vemos en la naturaleza ".

El estudio informa que al ajustar cuidadosamente el proceso de ensamblaje de polímeros en forma de cepillo de botella con una estructura única durante la impresión 3D, es posible imprimir cristales fotónicos con espesores de capa ajustables que reflejan el espectro de luz visible de una sola tinta.

La tinta contiene polímeros ramificados con dos adheridos, segmentos químicamente distintos. Los investigadores disuelven el material en una solución que une las cadenas de polímero justo antes de imprimir. Después de imprimir y mientras se seca la solución, los componentes se separan a escala microscópica, formando capas a nanoescala que exhiben diferentes propiedades físicas dependiendo de la velocidad de ensamblaje.

"El mayor desafío de la síntesis de polímeros es combinar la precisión requerida para el ensamblaje a nanoescala con la producción de las grandes cantidades de material necesarias para el proceso de impresión 3D, "dijo el coautor Damien Guironnet, profesor de ingeniería química y biomolecular.

En el laboratorio, el equipo utiliza una impresora 3D de consumo modificada para ajustar la rapidez con la que se mueve una boquilla de impresión a través de una superficie con temperatura controlada. "Tener control sobre la velocidad y la temperatura de la deposición de la tinta nos permite controlar la velocidad de ensamblaje y el grosor de la capa interna a nanoescala, lo que una impresora 3D normal no puede hacer, "dijo Bijal Patel, estudiante de posgrado y autor principal del estudio. "Eso dicta cómo la luz se reflejará en ellos y, por lo tanto, el color que vemos ".

Los investigadores dijeron que el espectro de colores que han logrado con este método es limitado, pero están trabajando para hacer mejoras aprendiendo más sobre la cinética detrás de cómo se forman las múltiples capas en este proceso.

Adicionalmente, el equipo está trabajando para ampliar la relevancia industrial del proceso, ya que el método actual no es adecuado para impresiones de gran volumen. "Estamos trabajando con Damien Guironnet, Grupos de Charles Sing y Simon Rogers en la U. de I. para desarrollar polímeros y procesos de impresión que sean más fáciles de controlar, acercándonos a combinar los colores vibrantes producidos por la naturaleza, "Dijo Diao.

"Este trabajo destaca lo que se puede lograr a medida que los investigadores comienzan a dejar de centrarse en la impresión 3D como una forma de colocar un material a granel en formas interesantes, "Patel dijo." Aquí, estamos cambiando directamente las propiedades físicas del material en el punto de impresión y desbloqueando un nuevo comportamiento ".