In een recent gepubliceerd rapport in Natuurcommunicatie , een onderzoeksgroep onder leiding van universitair hoofddocent Joel Yang van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) heeft waarschijnlijk het kleinste kleurrijke 3D-model van de Eiffeltoren geprint. Indrukwekkend, er werden geen pigmenten of inkten gebruikt. In plaats daarvan, het 3D-geprinte model van de Eiffeltoren, meten minder dan de helft van de breedte van een mensenhaar bij 39 micrometer, vertoont meerdere kleuren vanwege de manier waarop licht interageert met de nanostructuren die het model ondersteunen. De 3D-modellen zijn gemaakt van een fijn bedrukt gaas van transparant polymeer, fotonische kristallen vormen. Deze meestal holle ontwerpen krimpen opmerkelijk ongeveer 5 keer in grootte wanneer ze worden verwarmd om een ​​breed scala aan kleuren te produceren.

Prof Yang zei:"Er is grote opwinding in de onderzoeksgemeenschap om duurzame bronnen van kleuren die niet worden gewonnen uit dieren of planten verder te ontwikkelen. Wat als de producten die we maken hun kleur zouden kunnen krijgen door nanotexturing van het materiaal dat het bevat? zelf is gemaakt? Bepaalde vlinders en kevers zijn geëvolueerd om dit te doen, misschien kunnen we dit ook leren." Vergeleken met pigmenten en kleurstoffen die afhankelijk zijn van chemische samenstelling, structurele kleuren hebben een hoge resolutie, permanent, en milieuvriendelijk.

In de natuur, de kleur van sommige vlinders, Pachyrhynchus snuitkevers, en veel kameleons zijn opmerkelijke voorbeelden van natuurlijke organismen die fotonische kristallen gebruiken om kleurrijke patronen te produceren. Fotonische kristalstructuren weerspiegelen levendige kleuren met tinten die afhankelijk zijn van hun roosterconstanten. Om levendige kleuren weer te geven, de roosterconstanten van een fotonisch kristal moeten voldoende klein zijn. Bijvoorbeeld, de roosterconstante is slechts ~ 280 nm op vlindervleugels, wat een blauwe tint van kleur geeft. Vanwege de beperking van de huidige 3D-afdrukresolutie, het is een uitdaging om op deze microscopische lengteschaal willekeurige kleuren en vormen in alle drie de dimensies af te drukken.

Om de vereiste dimensie van roosterconstanten vergelijkbaar met de vlinderschalen te bereiken, onderzoekers van de groep van prof. Yang gebruikten een "kleuring door krimpen" -methode die een additieve verwarmingsstap introduceert om de fotonische kristallen te krimpen die zijn afgedrukt met behulp van een commercieel twee-foton-polymerisatielithografiesysteem, d.w.z. de Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT. Prof Yang voegde toe:"De uitdaging zit hem in het verkleinen van structuren bij deze nanoscopische afmetingen zonder dat ze samensmelten tot een klodder. Door grotere structuren te modelleren, en ze later verkleinen, we produceerden structuren die niet direct met standaardmethoden konden worden afgedrukt." Inderdaad, de herhalende lijnen van de houtstapelstructuren werden verkleind tot 280 nm, bijna 2x kleiner dan de machinespecificaties. Als bonusbijwerking van krimpen, de brekingsindex van het verknoopte polymeer nam toe tijdens het verwarmingsproces, wat de generatie van kleuren nog meer ten goede komt.

De full-color Eiffeltoren demonstreerde het vermogen om willekeurige en complexe 3D-kleurenobjecten op microschaalniveau af te drukken met behulp van de "coloring-by-shrinking"-methode. Met de vrijheid om 3D-fotonische kristallen te ontwerpen die zijn verkleind om in specifieke kleuren te passen, deze technologie zou breed toepasbaar zijn om compacte optische componenten en geïntegreerde 3D-fotonische circuits te bereiken die in het zichtbare gebied werken.