科技：透明3D列印納米結構的色彩效果

【科技：透明3D列印納米結構的色彩效果】

我們看到的大多數物體都是用顏料著色的，但使用顏料有缺點：這種顏色會褪色，工業顏料通常是有毒的，某些顏色效果是不可能實現的。然而，自然界也表現出結構著色，其中物體的微觀結構導致出現各種顏色。例如，孔雀羽毛是有色棕色的，但是，由於羽毛內有長長的凹陷，反映了我們所看到和欣賞的華麗，彩虹色的藍色和綠色。技術進步使得製造導致結構著色的納米結構變得切實可行。

變色龍的顏色變化以及形態蝴蝶的虹彩藍色和綠色，以及自然界中的許多其他顏色，是結構著色的結果，其中納米結構在光中產生干涉效應，從而在宏觀上觀察時產生各種顏色。結構著色比用顏料著色（特定波長被吸收）具有某些優點，但直到最近，技術的限制意味著製造這種納米結構需要高度專業化的方法。然而，新的「直接激光寫入」裝置的成本與高質量的工業3D印表機相當，並且允許以數百納米的規模列印（比人類頭髮薄一百到一千倍），打開科學家們嘗試結構著色的可能性。

到目前為止，科學家們已經初步嘗試了他們在自然界中觀察到的納米結構，或者採用簡單，規則的納米結構設計（例如一排排柱子）。然而，IST奧地利的Thomas Auzinger和Bernd Bickel以及KAUST的Wolfgang Heidrich採用了一種創新的方法，該方法在幾個關鍵方面有所不同。首先，他們解決逆向設計任務：用戶輸入他們想要複製的顏色，然後計算機創建一個納米結構圖案，給出該顏色，而不是嘗試再現自然界中發現的結構。此外，「我們的設計工具是完全自動化的，」Thomas Auzinger說。「用戶不需要額外的努力。」

其次，模板中的納米結構不遵循特定的圖案或具有規則的結構; 它們似乎是隨機組合的，與以前的方法徹底決裂，但有許多優點。「當看到計算機生成的模板時，我無法單獨通過結構來判斷，如果我看到藍色或紅色或綠色的圖案，」Auzinger解釋道。「但這意味著計算機正在尋找我們作為人類無法解決的解決方案。這種自由形式的結構非常強大：它可以提供更大的靈活性，並為其他著色效果開闢了可能性。」 例如，他們的設計工具可用於列印從一個角度看起來是紅色而從另一個角度看起來是藍色的正方形（稱為定向著色）。

最後，當涉及到實際製作時，之前的努力也發生了變化：設計通常無法列印。然而，新的設計工具保證了用戶最終會得到一個可列印的模板，這使得它對於工業中結構著色的未來發展非常有用。「設計工具可以用來製作新顏色和其他工具的原型，以及尋找可以在工業上生產的有趣結構，」Auzinger補充道。設計工具的初步測試已經取得了成功的結果。IST奧地利教授Bernd Bickel表示，「看到完全由透明材料組成的東西看起來很有色，僅僅是因為人眼看不見的結構，這真是令人驚訝，我們渴望嘗試其他材料，目睹計算工具在製造中日益重要的作用尤其令人興奮，」Auzinger總結道，「更令人興奮的是，"計算機圖形"的擴展包括物理圖像和虛擬圖像。」

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