3D-printen van elektrisch schakelbare materialen
Een 3D-printbare inkt kan van kleur veranderen door elektriciteit, waardoor mensen pixeldisplays, zachte robots en 3D-elektronische apparaten kunnen maken.
Het creëren van complexe 3D-structuren die elektrisch geleidend zijn en van kleur kunnen veranderen, is een grote uitdaging geweest voor opto-elektronische toepassingen.Traditionele 3D-printmethoden konden geen materialen produceren die geleidbaarheid combineren met elektrochemische schakelbaarheid, waardoor het gebruik ervan in pixeldisplays, zachte robotactuators en andere apparaten die dynamische, regelbare materialen vereisen, wordt beperkt.
Onderzoekers van de universiteiten van Heidelberg en Stuttgart hebben dit probleem aangepakt door een nieuwe op methacrylaat gebaseerde “inkt” te ontwikkelen die redox-actieve carbazoolgroepen bevat.Deze redoxeenheden zorgen ervoor dat de polymeerketens elektronen kunnen doneren of accepteren, waardoor het materiaal zowel elektrisch geleidend is als in staat is tot omkeerbare kleurveranderingen onder elektrochemische stimulatie.Structuren die met deze inkt zijn geprint, blijven zelfs na fabricage elektrochemisch schakelbaar, met controle op pixelniveau, ook in driedimensionale architecturen.
De inkt is compatibel met digitale lichtverwerking (DLP), een op licht gebaseerde 3D-printmethode met hoge resolutie, waarbij UV-licht laag voor laag selectief een lichtgevoelige “inkt” stolt.Met behulp van DLP fabriceerden de onderzoekers tweedimensionale pixelarrays, schaakbordpatronen en meerlaagse piramides.Aanvankelijk bijna transparant, konden deze structuren door middel van elektrochemische stimulatie worden omgeschakeld van lichtgroen naar donkergroen en bijna zwart, waarbij de kleurverandering volledig omkeerbaar en controleerbaar was in de derde dimensie, inclusief de hoogte van de structuren.
Door op licht gebaseerd 3D-printen met hoge resolutie te combineren met elektrochemisch actieve redoxpolymeren, creëert deze aanpak nieuwe mogelijkheden voor additieve productie van 3D-geprinte opto-elektronische apparaten, pixeldisplays en zachte robotactuators met schakelbaar volume of kleur.Het werk werd uitgevoerd bij het Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials, in nauwe samenwerking met experts op het gebied van het geleiden van polymeren en elektrochemisch schakelen bij het Institute of Polymer Chemistry.