賓夕法尼亞州立大學開發3D打印智能變色應力響應材料
2025年5月4日，賓夕法尼亞州立大學工程與應用科學學院的一支多學科研究團隊，成功開發出一種用于3D打印膽甾型液晶彈性體（CLCE）的創新方法。該技術結合先進的打印工藝與CLCE獨特的光學特性，為動態變色材料在智能傳感、柔性顯示與軟體機器人等前沿領域的應用奠定了基礎。
CLCE是一種柔性橡膠狀材料，具備獨特的光控能力，能夠在受到機械應力時產生結構色變化。這一性質源于材料內部有序的扭曲螺旋結構，類似于某些昆蟲外殼對光線的反射機制。
研究負責人、材料科學與工程系主任Shu Yang教授表示。“顏色的變化并非來自顏料，而是材料對光的結構性干涉，就像某些甲蟲殼在不同角度下呈現出五彩斑斕的視覺效果。這類材料具有廣泛的潛力，可應用于可穿戴醫學設備、非侵入式診斷系統、實時監測平臺，甚至在未來的藝術與建筑中發揮作用。”
本研究的核心突破在于研發出一種名為同軸直接墨水寫入（DIW）的新型3D打印技術。該方法能夠高精度打印多穩定、可變色的復雜結構，克服了傳統方法中CLCE材料在打印過程中的流動性與結構形成之間的矛盾。
材料科學與工程系博士生、論文第一作者Alicia Ng介紹道“在將2D結構轉化為3D結構時，CLCE前驅液因粘度過高，阻礙了內部扭曲螺旋結構的形成，而這一結構正是實現結構色響應的關鍵。”這種創新的同軸材料組合，在保留CLCE變色響應能力的同時，顯著提升了成品結構的穩定性與可打印性。Ng補充道：“為應對這一挑戰，研究團隊設計出一種透明硅膠外殼包覆方案，為CLCE核心提供必要的機械支撐。”
這項技術不僅提高了CLCE材料在3D打印過程中的兼容性，還擴展了CLCE材料可設計性和功能性，為面向未來的功能性材料開發提供了新路徑。
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