DLP打印碘化銅簇材料用于開發(fā)光學、溫度雙響應光學器件

來源：EngineeringForLife  

來自Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino的Ignazio Roppolo團隊采用數字光處理（DLP）技術，在打印墨水中加入碘化銅簇材料作為智能染料，開發(fā)出具有光學、溫度雙響應性的光學器件。碘化銅簇材料在紫外光范圍吸收，在可見光范圍發(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光吸收劑，控制光聚合，從而制造更加精確的結構。相關論文“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理

研究人員根據如圖1所示的反應機理，合成了兩種碘化銅簇材料，評估它們在以雙酚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題，僅濃度為0.1%的組實現(xiàn)了良好的分散。第二種碘化銅簇材料的所有實驗組均未顯示任何發(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光固化制備的薄膜具有更好的均勻性。因此，后續(xù)實驗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，該材料可以充當光吸收劑，避免過曝現(xiàn)象，控制打印精度。加入碘化銅簇材料，固化后，具有更高的儲能模量，可以提高材料的固化強度。所有配方在可見光范圍均表現(xiàn)出良好的透明度，其中使用1.0%的濃度便可達到良好的發(fā)光特性，有利于其用作光學器件。

圖3 碘化銅簇光固化薄膜的光學性能

如圖4所示，研究人員對加入碘化銅簇材料光固化制得的薄膜的熱致變色性能進行了評價。碘化銅簇光固化薄膜具有溫度響應性，當溫度為77 K時，薄膜呈現(xiàn)深藍色，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性

如圖5所示，研究人員通過DLP打印，制得了包含碘化銅簇材料的復雜結構。在紫外線照射下，該器件能夠發(fā)射亮黃色可見光，并且能夠對溫度進行響應，說明由DLP打印制得的加入碘化銅簇材料的復雜結構可以作為具有光學、溫度雙響應的光學器件的使用。

圖5 DLP打印復雜結構的光致發(fā)光性能

綜上所述，研究人員通過合成碘化銅簇材料，結合DLP打印技術，開發(fā)了一種具有光學、溫度雙響應性的光學器件。這種碘化銅簇材料合成方法簡單，具有更低的毒性，打印的結構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光吸收劑，從而控制打印精度。這種光學器件可以用作紫外線降檔器和光漫射器裝置，具有廣闊的應用前景。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102504