DLP打印碘化銅簇材料用于開(kāi)發(fā)光學(xué)、溫度雙響應(yīng)光學(xué)器件

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來(lái)自Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino的Ignazio Roppolo團(tuán)隊(duì)采用數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)，在打印墨水中加入碘化銅簇材料作為智能染料，開(kāi)發(fā)出具有光學(xué)、溫度雙響應(yīng)性的光學(xué)器件。碘化銅簇材料在紫外光范圍吸收，在可見(jiàn)光范圍發(fā)射，可光致發(fā)光、熱致變色。此外，碘化銅簇材料還可以充當(dāng)光吸收劑，控制光聚合，從而制造更加精確的結(jié)構(gòu)。相關(guān)論文“Thermochromic photoluminescent 3D printed polymeric devices based on copper-iodide clusters”發(fā)表于雜志Additive Manufacturing上。

圖1 兩種碘化銅簇材料的合成機(jī)理

研究人員根據(jù)如圖1所示的反應(yīng)機(jī)理，合成了兩種碘化銅簇材料，評(píng)估它們?cè)谝噪p酚A乙氧基二丙烯酸酯（BEDA）作為單體，2-羥基-2-甲基丙苯酮（HMPP）作為光引發(fā)劑的墨水中的分散性。

這種碘化銅簇材料只能在晶體狀態(tài)下發(fā)光，而在溶液中幾乎失去這一特性。如圖2所示，第一種碘化銅簇材料存在溶解問(wèn)題，僅濃度為0.1%的組實(shí)現(xiàn)了良好的分散。第二種碘化銅簇材料的所有實(shí)驗(yàn)組均未顯示任何發(fā)光特性，表明其在墨水中具有優(yōu)異的溶解性。并且，由第二種碘化銅簇材料通過(guò)光固化制備的薄膜具有更好的均勻性。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均采用第二種碘化銅簇材料。

圖2 兩種碘化銅簇材料在墨水中的分散性

如圖3所示，該碘化銅簇材料和HMPP具有重疊的紫外吸收曲線，在DLP打印中，該材料可以充當(dāng)光吸收劑，避免過(guò)曝現(xiàn)象，控制打印精度。加入碘化銅簇材料，固化后，具有更高的儲(chǔ)能模量，可以提高材料的固化強(qiáng)度。所有配方在可見(jiàn)光范圍均表現(xiàn)出良好的透明度，其中使用1.0%的濃度便可達(dá)到良好的發(fā)光特性，有利于其用作光學(xué)器件。

圖3 碘化銅簇光固化薄膜的光學(xué)性能

如圖4所示，研究人員對(duì)加入碘化銅簇材料光固化制得的薄膜的熱致變色性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。碘化銅簇光固化薄膜具有溫度響應(yīng)性，當(dāng)溫度為77 K時(shí)，薄膜呈現(xiàn)深藍(lán)色，將其加熱至室溫，薄膜呈現(xiàn)亮黃色，并且具有可逆性。

圖4 碘化銅簇光固化薄膜的溫度響應(yīng)性

如圖5所示，研究人員通過(guò)DLP打印，制得了包含碘化銅簇材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在紫外線照射下，該器件能夠發(fā)射亮黃色可見(jiàn)光，并且能夠?qū)�溫度進(jìn)行響應(yīng)，說(shuō)明由DLP打印制得的加入碘化銅簇材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以作為具有光學(xué)、溫度雙響應(yīng)的光學(xué)器件的使用。

圖5 DLP打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光性能

綜上所述，研究人員通過(guò)合成碘化銅簇材料，結(jié)合DLP打印技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一種具有光學(xué)、溫度雙響應(yīng)性的光學(xué)器件。這種碘化銅簇材料合成方法簡(jiǎn)單，具有更低的毒性，打印的結(jié)構(gòu)既可以保留染料的發(fā)射特性，又具有良好的透明度。此外，這種碘化銅簇材料還可以充當(dāng)光吸收劑，從而控制打印精度。這種光學(xué)器件可以用作紫外線降檔器和光漫射器裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102504