利用金纳米粒子的光学特性3D打印变色杯子

2019-01-25 14:36

具有二向色特性的材料至少可以追溯到4世纪时Lycurgus杯（可能是偶然）制造的，玻璃容器从正面照射时呈现不透明的绿色，从后面照亮时呈现半透明的红色。这种效果是由细长的金和银纳米粒子引起的，这些纳米粒子反射某些波长的光线，同时传输其他波长，尽管Lycurgus杯的制造商可能不知道这一点，只是添加金属粉末使玻璃更加光泽。但来自荷兰瓦赫宁根大学的VittorioSaggiomo及其同事确实了解了光学效应的原因，他们开发了一种用金纳米粒子进行3D打印的方法，以创造具有二向色特性的物体。

研究人员开始使用Turkevich方法的改进版本创建二向色溶液，使用柠檬酸盐将金离子还原为金纳米粒子。溶液经历多次临时颜色变化，最初从黄色变为蓝色，然后在几分钟后，它变为深黑色，最后沉淀在二向色不透明的棕色/透明紫色上。

该文件指出：“时间依赖性研究表明，小金核的形成在时间上聚集在一起，形成与第一颜色变化相伴随的纳米线状结构。第二次颜色变化，从墨黑色到紫色，伴随着散射的增强，使紫色溶液呈棕色反射。在沸腾的同时，金纳米线碎裂，形成具有大头部和细长尾巴的纳米颗粒，随着时间的推移，尾巴开始缩小。”

然后，他们将二向色金纳米粒子溶液注入聚乙烯醇（PVA）中，这是一种塑料。将塑料挤出成线材，可用于任何标准FDM3D打印机（在本例中为Ultimaker2）。材料中打印的3D部件看起来是棕色的，前面有光线照射，但是在它后面放了一盏灯，它变成了透明的紫色。

Turkevich方法所产生的效果是一个充分研究的现象。这是物理学和化学相遇的那些可爱事件之一。将光弯曲效果与3D打印相结合肯定会给旧技巧带来一些新的关注，特别是因为只需要少量的金纳米粒子就可以达到效果。除了在艺术家中找到吸引力之外，二向色塑料还可用于3D打印光学和传感器。