28 Ekim 2023 (Nanowerk Gündemi) Tavus kuşu tüylerinin canlı mavi ve yeşillerinden yakut kristallerinin parıldayan kırmızılarına kadar doğadaki yapısal renkler, gözlerimize keyif veren en göz kamaştırıcı görüntülerden bazılarını sunar. Renk üretmek için belirli dalga boylarını emen pigmentlerin aksine, yapısal renk, ışığın bir malzemedeki nano ölçekli özelliklerle fiziksel etkileşiminden kaynaklanır. Bu, bu tür "fotonik" malzemeleri daha sürdürülebilir hale getirir, ağartmaya karşı dirençli hale getirir ve dinamik ayarlanabilirliğe olanak tanır. Ancak bunları karmaşık 3 boyutlu geometrilere dönüştürmek kalıcı bir zorluk olmaya devam ediyor. 3D baskının, fotonik kristallerin (fotonik bant aralıkları oluşturarak ışık yayılımını kontrol eden periyodik nanoyapılara sahip malzemeler) üretimi için etkili bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir. Ancak fotonik kristaller uzun menzilli düzene dayanır ve baskı kullanılarak daha basit şekillerle sınırlandırılmıştır. Artık ETH Zürih'teki araştırmacılar, karmaşık geometrilere ve özel renk özelliklerine sahip yapısal olarak renkli fotonik kolloidal camlar oluşturmak için dijital ışık işleme (DLP) 3D baskı tekniğinden yararlandı.
Karmaşık şekilli fotonik koloidal camların DLP 3D baskı ile üretiminde kullanılan iş akışının şemaları. a – d) Fotoreaktif bir monomer karışımı içinde süspanse edilmiş silika koloidal parçacıklarından oluşan tipik reçine formülasyonu. e,f) Reçinenin basılması ve basılan parçaların kalsinasyonundan sonra karmaşık şekilli 3 boyutlu nesnelerin mikro yapılarını vurgulayan DLP baskı işleminin çalışma prensibini gösteren karikatürler. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Çalışmaları, Gelişmiş malzemeler (“Karmaşık Şekilli Fotonik Kolloidal Camların Işık Tabanlı 3D Baskısı”), rasyonel olarak tasarlanmış malzemeler ve katmanlı üretimin birleştirilmesinin, fotonik cihazlar için tasarım alanını nasıl genişletebileceğini göstermektedir. Araştırmacılar, görünür spektrumda ayarlanabilen sürdürülebilir, yanardöner olmayan yapısal renk üretmek için ışıkla etkileşime giren, boyut kontrollü nanopartiküller içeren bir düzensiz fotonik malzeme sınıfı olan fotonik camlara odaklandı. Kısa menzilli düzen ve uzun menzilli düzensizliğin birleşimi canlı, yanardöner olmayan yapısal renklere yol açar. Ekip, bu tür malzemeleri oluşturmak için çapraz bağlanabilir monomerler, fotobaşlatıcılar ve silika nanopartikülleri içeren özelleştirilmiş bir reçineyle işe başladı. Ticari bir DLP 3D yazıcı kullanarak, bu sıvı reçineyi ışık projeksiyonu kullanarak katman katman kürleyerek 3D nesneler halinde katılaştırdılar. Bundan sonra önemli adım geldi: 400°C'de yüksek sıcaklıkta ısıtma, basılı polimer matrisini istenen yapısal düzene sahip camsı bir malzemeye dönüştürdü. Ekip, sırasıyla mavi, yeşil veya kırmızı tonlar elde etmek için silika nanopartiküllerinin boyutunu 200, 350 ve 300 nm'ye ayarlayarak nihai malzemenin rengini kontrol edebildiklerini gösterdi. Ayrıntılı spektroskopi ve elektron mikroskobu analizi, gözlemlenen rengin, yerel olarak düzenli ancak küresel olarak düzensiz nanopartiküller tarafından seçici ışık saçılımından kaynaklandığını ortaya çıkardı. Tepeden yansıyan dalga boylarının teorik tahminlerle karşılaştırılması bu mekanizmayı doğruladı. Ekibin dikkatle kontrol etmesi gereken konulardan biri, renk saflığını bozacak birden fazla saçılmanın önlenmesiydi. Bunu, geride ideal miktarda karbon kalıntısı bırakan kalsinasyon protokolleriyle başardılar; bu, nüfuz derinliğini sınırlamaya yetecek, ancak yüzey yansımasına izin vermeyecek kadar fazla değil. Renk ve şekli belirleme yeteneğiyle donanmış olan araştırmacılar, karmaşık santimetre ölçeğinde 3 boyutlu mimariler bastılar. Kesin olarak tanımlanmış kırmızı, yeşil ve mavi bölgelere sahip çok malzemeli kafesler gösterildi. İskele geometrilerinin mekansal olarak modüle edilmesiyle, aynı piroliz adımı sırasında kademeli renk değişimleri 3 boyutlu sekizli kafeslere kodlandı. Ekip ayrıca 3D baskının şekillendirme özgürlüğünü vurgulamak için kültürel eserlerin fotonik kopyalarını da üretti.
DLP baskıyla üretilen karmaşık şekilli fotonik koloidal camlar. a,b) Başlangıç reçinesinde kullanılan parçacık boyutuna bağlı olarak farklı yapısal renklere sahip petek ve sekizli kafes kafes örnekleri. Görüntüler, ortalama boyutları 3, 300 ve 250 nm (soldan sağa) olan monodispers silika parçacıklarına sahip reçineler için kalsinasyondan önce (solda) ve sonra (sağda) 200 boyutlu kafeslerin fotoğraflarını gösterir. c) 200, 250 ve 300 nm silis parçacıkları içeren reçinelerin DLP baskısı ve kalsinasyonuyla elde edilen, petek mimarili, çok malzemeli, yapısal olarak renkli kafes. d) Hücre boyutlarını ve dolayısıyla kalsinasyon sırasında yapının oksijene karşı lokal geçirgenliğini ayarlayarak belirli yönlerde bir renk gradyanı görüntülemek üzere tasarlanmış sekizli kafes kafesler. Ölçek çubukları: 5 mm. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Sonuçlar, karmaşık şekilli fotonik bileşenlerin tasarlanması için DLP tabanlı katmanlı üretimin umut verici bir yol olduğunu ortaya koyuyor. Karmaşık, yanardöner olmayan yapısal renklere erişim, kolorimetrik algılama, sahteciliğe karşı koruma, ekranlar ve kamuflaj alanlarındaki uygulamalara fayda sağlayabilir. Malzeme açısından bakıldığında, kalsinasyona dayalı teknik, yalnızca silika ve karbon kullanılarak sürdürülebilir renk oluşumu sunuyor. Mevcut görünür aralığın UV veya kızılötesine genişletilmesi, spektroskopi, görüntüleme ve insan-makine etkileşimlerinde ek uygulamalara olanak sağlayabilir. Rasyonel tasarım ile gelişmiş üretimi bir araya getiren bu çalışma, yapısal olarak karmaşık fotonik cihazlar için eklemeli üretimin gelecekteki potansiyelini vurgulamaktadır.
By
Michael
Berger
Karmaşık şekilli fotonik koloidal camların DLP 3D baskı ile üretiminde kullanılan iş akışının şemaları. a – d) Fotoreaktif bir monomer karışımı içinde süspanse edilmiş silika koloidal parçacıklarından oluşan tipik reçine formülasyonu. e,f) Reçinenin basılması ve basılan parçaların kalsinasyonundan sonra karmaşık şekilli 3 boyutlu nesnelerin mikro yapılarını vurgulayan DLP baskı işleminin çalışma prensibini gösteren karikatürler. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Çalışmaları, Gelişmiş malzemeler (“Karmaşık Şekilli Fotonik Kolloidal Camların Işık Tabanlı 3D Baskısı”), rasyonel olarak tasarlanmış malzemeler ve katmanlı üretimin birleştirilmesinin, fotonik cihazlar için tasarım alanını nasıl genişletebileceğini göstermektedir. Araştırmacılar, görünür spektrumda ayarlanabilen sürdürülebilir, yanardöner olmayan yapısal renk üretmek için ışıkla etkileşime giren, boyut kontrollü nanopartiküller içeren bir düzensiz fotonik malzeme sınıfı olan fotonik camlara odaklandı. Kısa menzilli düzen ve uzun menzilli düzensizliğin birleşimi canlı, yanardöner olmayan yapısal renklere yol açar. Ekip, bu tür malzemeleri oluşturmak için çapraz bağlanabilir monomerler, fotobaşlatıcılar ve silika nanopartikülleri içeren özelleştirilmiş bir reçineyle işe başladı. Ticari bir DLP 3D yazıcı kullanarak, bu sıvı reçineyi ışık projeksiyonu kullanarak katman katman kürleyerek 3D nesneler halinde katılaştırdılar. Bundan sonra önemli adım geldi: 400°C'de yüksek sıcaklıkta ısıtma, basılı polimer matrisini istenen yapısal düzene sahip camsı bir malzemeye dönüştürdü. Ekip, sırasıyla mavi, yeşil veya kırmızı tonlar elde etmek için silika nanopartiküllerinin boyutunu 200, 350 ve 300 nm'ye ayarlayarak nihai malzemenin rengini kontrol edebildiklerini gösterdi. Ayrıntılı spektroskopi ve elektron mikroskobu analizi, gözlemlenen rengin, yerel olarak düzenli ancak küresel olarak düzensiz nanopartiküller tarafından seçici ışık saçılımından kaynaklandığını ortaya çıkardı. Tepeden yansıyan dalga boylarının teorik tahminlerle karşılaştırılması bu mekanizmayı doğruladı. Ekibin dikkatle kontrol etmesi gereken konulardan biri, renk saflığını bozacak birden fazla saçılmanın önlenmesiydi. Bunu, geride ideal miktarda karbon kalıntısı bırakan kalsinasyon protokolleriyle başardılar; bu, nüfuz derinliğini sınırlamaya yetecek, ancak yüzey yansımasına izin vermeyecek kadar fazla değil. Renk ve şekli belirleme yeteneğiyle donanmış olan araştırmacılar, karmaşık santimetre ölçeğinde 3 boyutlu mimariler bastılar. Kesin olarak tanımlanmış kırmızı, yeşil ve mavi bölgelere sahip çok malzemeli kafesler gösterildi. İskele geometrilerinin mekansal olarak modüle edilmesiyle, aynı piroliz adımı sırasında kademeli renk değişimleri 3 boyutlu sekizli kafeslere kodlandı. Ekip ayrıca 3D baskının şekillendirme özgürlüğünü vurgulamak için kültürel eserlerin fotonik kopyalarını da üretti.
DLP baskıyla üretilen karmaşık şekilli fotonik koloidal camlar. a,b) Başlangıç reçinesinde kullanılan parçacık boyutuna bağlı olarak farklı yapısal renklere sahip petek ve sekizli kafes kafes örnekleri. Görüntüler, ortalama boyutları 3, 300 ve 250 nm (soldan sağa) olan monodispers silika parçacıklarına sahip reçineler için kalsinasyondan önce (solda) ve sonra (sağda) 200 boyutlu kafeslerin fotoğraflarını gösterir. c) 200, 250 ve 300 nm silis parçacıkları içeren reçinelerin DLP baskısı ve kalsinasyonuyla elde edilen, petek mimarili, çok malzemeli, yapısal olarak renkli kafes. d) Hücre boyutlarını ve dolayısıyla kalsinasyon sırasında yapının oksijene karşı lokal geçirgenliğini ayarlayarak belirli yönlerde bir renk gradyanı görüntülemek üzere tasarlanmış sekizli kafes kafesler. Ölçek çubukları: 5 mm. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Sonuçlar, karmaşık şekilli fotonik bileşenlerin tasarlanması için DLP tabanlı katmanlı üretimin umut verici bir yol olduğunu ortaya koyuyor. Karmaşık, yanardöner olmayan yapısal renklere erişim, kolorimetrik algılama, sahteciliğe karşı koruma, ekranlar ve kamuflaj alanlarındaki uygulamalara fayda sağlayabilir. Malzeme açısından bakıldığında, kalsinasyona dayalı teknik, yalnızca silika ve karbon kullanılarak sürdürülebilir renk oluşumu sunuyor. Mevcut görünür aralığın UV veya kızılötesine genişletilmesi, spektroskopi, görüntüleme ve insan-makine etkileşimlerinde ek uygulamalara olanak sağlayabilir. Rasyonel tasarım ile gelişmiş üretimi bir araya getiren bu çalışma, yapısal olarak karmaşık fotonik cihazlar için eklemeli üretimin gelecekteki potansiyelini vurgulamaktadır.
By
Michael
Berger
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63956.php
