Barvni učinki prozornih 3-D tiskanih nanostruktur

Izdelava domače strukturne paste (Junij 2019).

Anonim

Večina predmetov, ki jih vidimo, so obarvani s pigmenti, pigmenti pa imajo pomanjkljivosti: takšne barve lahko izginejo, industrijski pigmenti so pogosto strupeni, nekateri barvni učinki pa jih ni mogoče doseči. Naravni svet pa kaže tudi strukturno obarvanost, kjer mikrostruktura predmeta povzroči pojav različnih barv. Peachovo perje so na primer pigmentirane rjave barve, vendar zaradi dolgih votlin v perjemu odražajo krasen, mavrični blues in zelenjavo, ki jih vidimo in občudujemo. Nedavni napredek v tehnologiji je pripomogel k izdelavi vrste nanostruktur, ki povzročijo strukturno obarvanost, in računalniški znanstveniki na Inštitutu za znanost in tehnologijo Avstrija (IST Avstrija) in Univerzi znanosti in tehnologije King Abdullah (KAUST) so zdaj ustvarili računalniško orodje, ki samodejno ustvari predloge 3-D-print za nanostrukture, ki ustrezajo uporabniško določenim barvam. Njihovo delo dokazuje velik potencial za strukturno barvanje v industriji in odpira možnosti za nestrokovnjake, da ustvarijo lastne modele. Ta projekt bo predstavljen na letošnji vrhunski računalniški grafični konferenci, SIGGRAPH 2018, s strani prvega avtorja in IST Austria postdoc Thomas Auzingerja.

Spreminjanje barv kameleonskih in mavričnih bluesov in zelenih morfoforja, med mnogimi drugimi v naravi, so posledica strukturne obarvanosti, kjer nanostrukture povzročajo interferenčne učinke v svetlobi, kar ima za posledico različne barve pri ogledu makroskopsko. Strukturna obarvanost ima določene prednosti pred barvanjem s pigmenti (kjer se absorbirajo določene valovne dolžine), vendar so do nedavnega meje tehnologije pomenile izdelavo takih nanostruktur, ki so zahtevale visoko specializirane metode. Novi nastavki za "lasersko pisanje" pa stanejo približno toliko kot visokokakovostni industrijski tridimenzionalni tiskalnik in omogočajo tiskanje v razponu na stotine nanometrov (100 do 1000 krat tanjši od človeških las), odpiranje možnosti za znanstvenike, da eksperimentirajo s strukturno obarvanostjo.

Do sedaj so znanstveniki najprej eksperimentirali z nanostrukturji, ki so jih opazili v naravi ali s preprostimi, rednimi nanostrukturnimi vzorci (npr. Vrstica po vrsti stebrov). Thomas Auzinger in Bernd Bickel iz IST Austria, skupaj z Wolfgang Heidrich iz KAUSTa, sta se zavzela inovativno nov pristop, ki se razlikuje na več ključnih načinov. Prvič, rešijo nalogo obratnega načrtovanja: uporabnik vnese barvo, ki jo želijo replicirati, nato pa računalnik ustvari nanostrukturni vzorec, ki daje to barvo in ne poskuša reproducirati struktur, najdenih v naravi. Poleg tega je "naše orodje za oblikovanje popolnoma avtomatsko, " pravi Thomas Auzinger. "Uporabnik ni potreben dodatnega napora".

Drugič, nanostrukture v predlogi ne sledijo določenemu vzorcu ali imajo redno strukturo; zdi se, da so naključno sestavljeni - radikalni odmik od prejšnjih metod, toda eden s številnimi prednostmi. "Pri pogledu na predlogo, ki jo je izdelal računalnik, s strukturo sam ne morem povedati, če vidim vzorec za modro ali rdečo ali zeleno, " pojasnjuje Auzinger. "Toda to pomeni, da računalnik išče rešitve, ki jih kot ljudje ne moremo. Ta struktura proste oblike je izredno močna: omogoča večjo fleksibilnost in odpira možnosti za dodatne barvne učinke." Na primer, njihovo orodje za oblikovanje se lahko uporabi za tiskanje kvadrata, ki se iz ene same kota prikaže rdeče in modro iz drugega (znano kot smerna barva).

Končno so se prejšnja prizadevanja pojavila tudi pri dejanskih izdelkih: dizajni so bili pogosto nemogoči tiskati. Novo orodje za oblikovanje pa zagotavlja, da bo uporabnik prenehal s tiskalno predlogo, zaradi česar je izjemno koristna za prihodnji razvoj strukturnega barvanja v industriji. "Načrtno orodje se lahko uporablja za prototip novih barv in drugih orodij ter za iskanje zanimivih struktur, ki bi jih lahko industrijsko izdelali, " dodaja Auzinger. Začetni testi oblikovalskega orodja so že dosegli uspešne rezultate. "Neverjetno je videti, da je nekaj, kar je v celoti sestavljeno iz jasnih materialov, videti barvno, preprosto zaradi struktur, ki so nevidne za človeško oko, " pravi Bernd Bickel, profesor na IST Avstriji. "Zelo smo pripravljeni eksperimentirati z dodatnimi materiali, da bi razširili vrsto učinkov, ki jih lahko dosežemo."

"Še posebej zanimivo je, da priča vse večji vlogi računalniških orodij pri izdelavi, " zaključuje Auzinger, "še bolj razburljivo pa je videti širitev" računalniške grafike ", ki vključuje fizične in virtualne slike."

menu
menu