Vedci vyvinuli výnimočný materiál. Mení farbu, vedie elektrinu, je elastický a navyše aj biologicky odbúrateľný a dá sa spracovať 3D tlačou.
Farebná celulóza: logo inštitútu Empa vyrobené z novej zmesi HPC a vytlačené pomocou 3D tlače. Pri zahrievaní mení farbu. Zdroj: Empa
Využitie 3D tlače na výrobu biologicky odbúrateľných senzorov a displejov? Vedci z laboratória pre celulózu a drevené materiály (Cellulose & Wood Materials) v Dübendorfe zo Švajčiarskych federálnych laboratórií pre vedu o materiáloch a technológiách Empa vyvinuli materiál na báze celulózy, ktorý to umožňuje. Zmes pozostávajúca z hydroxypropylcelulózy (HPC), vody, uhlíkových nanorúrok a celulózových nanovlákien mení farbu v závislosti od teploty a natiahnutia – bez pridania akýchkoľvek pigmentov.
Efekt chameleóna
Výskumníci použili ako východiskový materiál hydroxypropylcelulózu (HPC), ktorá sa okrem iného používa ako nosič účinných látok vo farmaceutických výrobkoch, v kozmetike a potravinách. Zvláštnosťou HPC je, že po pridaní vody vytvára tekuté kryštály. Tie majú pozoruhodnú vlastnosť: v závislosti od štruktúry, ktorá je okrem iného podmienená koncentráciou HPC, žiaria širokou škálou farieb, hoci sú v skutočnosti bezfarebné, respektíve sú bez pigmentu. Uvedený jav sa nazýva štrukturálne zafarbenie. V prírode existuje mnoho krásnych štrukturálnych farieb, ako sú krídla motýľov, perie pávov či koža chameleónov. Svoj farebný odtieň získavajú odrazom rôznych vlnových dĺžok od mikroskopických štruktúr na povrchu. Dopadajúce (biele) denné svetlo sa rozloží na spektrálne farby.
Použitie 3D tlače
Štrukturálnu farbu HPC ovplyvňuje nielen koncentrácia, ale aj teplota. S cieľom lepšie využiť túto vlastnosť pridali vedci pod vedením Gustava Nyströma do zmesi HPC a vody 0,1-hmotnostného percenta uhlíkových nanorúrok, vďaka čomu sa kvapalina stala elektricky vodivou. Dokážu tak prostredníctvom elektrického napätia regulovať teplotu, a tým i farbu kvapalných kryštálov.
Bonusom je pôsobenie uhlíka ako širokopásmového absorbéra, vďaka čomu sú farby intenzívnejšie. Pomocou ďalšej prísady, malého množstva celulózových nanovlákien, sa Nyströmovmu tímu podarilo dosiahnuť tiež to, že zmes sa dá vytlačiť na 3D tlačiarni bez toho, aby sa narušila farebnosť a vodivosť.
Displej na báze celulózy
Výskumníci využili 3D tlač a ukázali, čo sa dá z novej zmesi celulózy vyrobiť, napríklad snímač deformácie, ktorý mení farbu v závislosti od mechanickej deformácie, a jednoduchý displej pozostávajúci zo siedmich elektricky ovládaných segmentov. „V našom laboratóriu sme už vyvinuli rôzne elektronické komponenty na báze celulózy, ako sú batérie a senzory,“ uviedol Xavier Aeby, spoluautor štúdie. Ďalej dodal:
Teraz sa nám po prvýkrát podarilo vyvinúť aj displej na báze celulózy.
Biologicky rozložiteľný displej pozostáva zo siedmich vodivých segmentov, ktoré po zahriatí elektrickým prúdom menia farbu. Zdroj: Empa
Rôzne možnosti využitia
V budúcnosti by mohol atrament na báze celulózy nájsť mnoho rôznych aplikácií, napríklad na výrobu snímačov teploty a deformácie, na monitorovanie kvality potravín alebo na biomedicínsku diagnostiku. „Udržateľné materiály, ktoré sa dajú vytlačiť pomocou 3D tlače, sú veľmi zaujímavé okrem iného pre aplikácie v biologicky odbúrateľnej elektronike a pre internet vecí,“ hovorí vedúci laboratória Nyström. „Stále je veľa otvorených otázok týkajúcich sa toho, ako vôbec vzniká štrukturálne sfarbenie a ako sa môže meniť rôznymi prísadami alebo vplyvom prostredia.“ Nyström a jeho tím plánujú vo výskume pokračovať. Dúfajú, že objavia ďalšie zaujímavé javy a možnosti uplatnenia tohto materiálu.
Zdroj: Empa
(zh)
