Stampa 3D a colori strutturali per contrazione dei cristalli fotonici

I cristalli fotonici restringenti consentono ai ricercatori internazionali di stampare in 3D a colori microscopici

Nella ” Stampa 3D a colori strutturali per contrazione dei cristalli fotonici “, i ricercatori internazionali spiegano che mentre l’ispirazione può nascere dalla natura, in schermi di cristalli fotonici che offrono motivi colorati su qualsiasi cosa, dalle farfalle ai tonchi, è ancora estremamente difficile stampare a colori in 3D al microscopico scala.

La stampa 3D su scala nanometrica è certamente un regno molto esplorato oggi, dalla sperimentazione di vetro / ceramica a complesse strutture metalliche a sistemi scalabili , ma gli stampatori commerciali non sono ancora in grado di creare il colore del tipo richiesto per modellare strutture fotoniche di cristallo ‘con il requisite ~ 300 nm costante di reticolo per ottenere fasce / bande di trasmissione fotoniche. ‘

I ricercatori presentano un nuovo metodo per la fabbricazione di cristalli fotonici con una riduzione di 5 volte delle costanti reticolari. Con questa tecnica, i ricercatori sono stati in grado di stampare oggetti microscopici in 3D, esemplificati dal loro modello di Torre Eiffel, che misura solo 39-μm di altezza con una dimensione di pixel di colore di 1,45 μm:

“Al meglio delle nostre conoscenze, questa è la prima dimostrazione di un oggetto stampato 3D a colori basato su colori strutturali dielettrici anziché coloranti”, affermano i ricercatori, che prevedono che questa tecnologia abbia anche potenziale per applicazioni nella creazione di dispositivi ottici fotonici e metasurfaces – per includere circuiti su chip e altri polarizzatori.

Il processo di riscaldamento è stato utile in questa tecnica nell’offrire la giusta quantità di restringimento per alcune delle strutture (alcuni campioni falliti, perdendo completamente la forma), oltre a modificare la forma del punto di scrittura del laser:

“L’affidabilità e la riproducibilità della fabbricazione per le strutture più piccole è anche migliorata dal momento che possiamo modellare strutture robuste meccanicamente all’interno di una finestra di processo più ampia. Questo concetto è simile a quello dimostrato in 2D con Shrinky Dinks, in cui le strutture stampate utilizzando una semplice stampante desktop sono state successivamente ridotte a caldo a scaglie di micron “, affermano i ricercatori.

Nella stampa 3D di oggetti campione per lo studio, il team di ricerca ha fabbricato numerose strutture in legno con una gamma di potenze laser. Senza riscaldamento, erano incolori, ma dopo il riscaldamento, i campioni si restringevano e diventavano colorati.

Il campione della Torre Eiffel mostra la capacità di stampare in 3D oggetti “arbitrari e complessi” al microscopio, con costanti reticolari scelte dal post-restringimento del ricercatore.

“La torre era attaccata al substrato sulla punta e le strutture 3D costruite sono osservate dal lato con un microscopio ottico”, affermano i ricercatori.

“Le strutture in legno sono strutturalmente stabili e possono essere utilizzate come blocchi di costruzione per una varietà di modelli. Per dimostrare la versatilità del metodo, un carattere cinese alto 20 μm per fortuna “福” è stato stampato in rosso strutturale. “

Gli autori spiegano che gli oggetti possono anche essere stampati in 3D in più colori, che hanno dimostrato non solo con la loro stampa della Torre Eiffel, ma anche con il Museo ArtScience a Singapore.

“Il metodo di restringimento indotto dal calore consente di superare prontamente il limite di risoluzione di un sistema 3D DLW per stampare oggetti 3D che mostrano colori a causa delle strutture di bande fotoniche sottostanti dei reticoli costituenti”, hanno concluso i ricercatori. Il buon accordo tra i calcoli della struttura a bande fotoniche e i risultati sperimentali senza parametri di adattamento ci consente di identificare chiaramente le modalità a luce ridotta e le bande di stop come fonte di picchi spettrali, dando origine a una gamma completa di colori.

“Il nostro lavoro dimostra la capacità di produrre colore strutturale all’interno di oggetti 3D complessi a volontà e potrebbe essere esteso allo sviluppo di componenti ottici compatti e circuiti fotonici 3D integrati che operano nelle lunghezze d’onda visibili a NIR”.

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