在纳米结构化状光子学3D打印中的处理参数-性能连接

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 材料工程 材料工程 材料工程
• 聚合物科学 聚合物科学

背景情况:

• 生物材料 (例如纤维素,素,原蛋白) 中自然衍生的等级架构提供了卓越的机械强度和功能.
• 增材制造,特别是基于挤压的3D打印,利用材料变形来进行自下而上的设计,从而实现嵌入纳米尺度特征的宏观几何形状.

研究的目的:

• 进行基于基烯纤维素 (HPC) 的可光固化液晶油墨的综合流体学和流体光学表征.
• 为了阐明这些油墨在不同流量条件下和流量停止后的结构动态.
• 为了确定3D打印处理参数和由此产生的液晶纳米结构之间的关系,用于受控材料制造.

主要方法:

• 风病学表征以评估流动行为.
• 在流动下测试液晶纳米结构的立体光学测量.
• 基于挤出的3D打印实验,以调查剪切速率的影响.
• 分析结构色彩变化作为纳米结构排序的指标.
• 定制固化动力学以锁定所需的液晶结构.

主要成果:

• 处理参数显著影响挤出HPC油墨中的液晶纳米结构的排序或混乱.
• 低到中等的剪切速率促进了合性阴性域的排序,从而产生了强烈的结构色彩.
• 高剪切率导致弹性不稳定性,这降低了印刷丝的光子质量.
• 该研究成功地将处理参数与纳米结构形成相关联.

结论:

• 了解和控制处理参数和液晶纳米结构之间的相互作用对于3D打印有色结构材料至关重要.
• 通过操纵液晶组件,可以使用量身定制的加工条件来实现所需的光子特性.
• 开发的可光固化HPC油墨为制造复杂,功能性材料提供了一条途径,具有嵌入式纳米级精度.