纳米3D打印成功再现孔雀羽毛纹理

Published 07 Aug.2023 13:49(KST)

KERI开发出全球首个纳米3D打印技术

通过纳米三维打印技术实现变色龙千变万化的皮肤颜色和孔雀华丽羽毛颜色等物理现象，并将其应用于透明显示器或增强现实（AR）设备等的技术，已被世界首次开发成功。

孔雀供图=Getty Image Bank

韩国电气研究院（KERI）7日表示，由 Pyo Jaeyeon 领衔的智能三维打印研究团队，基于“纳米三维打印技术”，成功实现了可以控制光线路径的三维衍射光栅。这是一项能够将自然界中观测到的结构色（structural color）原理应用于尖端显示技术的新技术。

当光遇到波长尺度的小型微结构（约为头发丝粗细的百分之一至千分之一）时，会发生衍射，从而改变传播路径。如果这些微结构具有规则性，就可以通过衍射只反射特定波长的光，从而呈现出颜色，这被称为“结构色”。在自然界中，变色龙的皮肤颜色并非来自多种色素，而是通过改变皮肤的微结构，从而改变结构色；孔雀羽毛则因其内部微结构具有特征性排列，而呈现出绚丽的结构色。

研究团队利用纳米三维打印技术，实现了可以精细调控结构色的“衍射光栅（diffraction grating）”。衍射光栅是一种通过规则排列平行线等微结构来控制光衍射的器件。当光照射其上时，会根据波长沿不同路径反射，产生结构色或光谱。也就是说，这是一项利用三维打印技术控制光线、无需染料就能精确再现自然界美丽结构色的技术。

用于制造尖端显示用衍射光栅的“纳米光子学3D打印机”。图片由KERI提供

要控制波长仅为头发丝粗细千分之一水平的光的衍射，就需要极其精细的衍射光栅。研究团队利用世界顶尖水平的纳米三维打印技术，采用一种名为“横向打印（Lateral printing）”的新方法，成功打印出高密度纳米线衍射光栅。具体做法是让三维打印喷嘴像缝纫一样移动，多次打印出桥状（bridge）衍射光栅。

此次实现的衍射光栅有望在尖端显示领域获得广泛应用。利用衍射光栅本身具有的透明性，可将其用于智能窗户、智能镜子、汽车抬头显示器等未来型透明显示领域。此外，还可多样化应用于目前已将衍射光栅作为核心组件的增强现实（AR）设备。进一步而言，衍射光栅可以被设计成在发生形变时呈现不同颜色，因此可用于需要形变感知的机械工程和生物医学领域，并可作为衍射光栅本体用于多种光物理研究。