Un nuovo "inchiostro" per la stampa 3D basata sulla luce
I polimeri conduttori aprono nuove prospettive per la stampa tridimensionale di dispositivi optoelettronici
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Un nuovo tipo di "inchiostro" permette di stampare in 3D polimeri conduttori commutabili elettrochimicamente con un processo basato sulla luce. I ricercatori delle università di Heidelberg e Stoccarda sono riusciti a realizzare i cosiddetti polimeri redox utili per la fabbricazione additiva con un processo di elaborazione digitale della luce. Le complesse strutture bidimensionali e tridimensionali create in questo modo possono essere manipolate elettrochimicamente per cambiare colore. Ciò apre nuove prospettive per la produzione di dispositivi optoelettronici stampati in 3D. Il lavoro di ricerca è stato condotto nell'ambito del gruppo di formazione "Trasporto misto ionico-elettronico: From Fundamentals to Applications", sostenuto da entrambe le università.
L'elaborazione digitale della luce (DLP) è un processo di stampa 3D basato sulla luce in cui un "inchiostro" sensibile alla luce viene costruito, strato per strato, in un oggetto tridimensionale attraverso l'irradiazione selettiva di luce UV. Rispetto ad altri processi di produzione additiva, la DLP consente di produrre rapidamente strutture complesse. "Sebbene questa tecnologia sia già stata utilizzata con successo, ad esempio, in odontoiatria, finora la stampa DLP di polimeri conduttori per applicazioni nell'optoelettronica è stata una sfida", spiega la prof.ssa Eva Blasco. La ricercatrice e il suo team dell'Istituto per l'ingegneria dei sistemi molecolari e dei materiali avanzati dell'Università di Heidelberg stanno studiando materiali funzionali unici per la stampa 3D. Il progetto è stato portato avanti in stretta collaborazione con la Prof.ssa Sabine Ludwigs e il suo gruppo dell'Istituto di Chimica dei Polimeri dell'Università di Stoccarda, esperti di polimeri conduttori e di commutazione elettrochimica.
I due team di ricerca hanno sviluppato un nuovo "inchiostro" a base di metacrilato che contiene gruppi carbazolici redox-attivi. Queste unità redox permettono a questi materiali di donare o accettare elettroni nelle loro catene polimeriche, rendendoli così elettricamente conduttori e in grado di cambiare colore a seconda del loro stato di ossidazione o riduzione. Nel lavoro attuale, i ricercatori sono riusciti a utilizzare questa formulazione di inchiostro fotoconduttore per fabbricare strutture che possono essere manipolate elettrochimicamente anche dopo la stampa, mantenendo le loro proprietà commutabili. "Questa ricerca è stata resa possibile da una stretta collaborazione interdisciplinare nei nostri laboratori di Heidelberg e Stoccarda", sottolineano Christian Delavier e Svenja Bechtold, entrambi impegnati nella stesura della tesi di laurea all'interno del Research Training Group.
Utilizzando questa formulazione di inchiostro contenente carbazolo, sono state prodotte direttamente in modo additivo matrici di pixel bidimensionali e schemi a scacchiera, nonché una piramide tridimensionale multistrato. Originariamente quasi trasparenti, queste strutture complesse hanno assunto prima un colore verde chiaro grazie alla stimolazione elettrochimica, per poi diventare verde scuro e infine praticamente nere. "Questo processo è completamente reversibile e può essere controllato fino al livello del pixel, a seconda della struttura. Il controllo nella terza dimensione, cioè rispetto all'altezza delle architetture, è particolarmente interessante", aggiunge Sabine Ludwigs. Secondo i professori Blasco e Ludwigs, la combinazione della stampa 3D ad alta risoluzione basata sulla luce con i polimeri redox apre nuove possibilità per la produzione additiva di display a pixel o di attuatori per applicazioni robotiche morbide in cui il volume può essere commutato elettrochimicamente.
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