Новый метод 3D-печати позволяет создавать нанопленки с многоосной ориентацией
Исследователи из Института научных и промышленных исследований Университета Осаки представили новый жидкофазный метод изготовления наноцеллюлозных пленок с несколькими осями ориентации. Использование методов 3D-печати для повышения контроля может привести к созданию более дешевых и экологичных оптических и тепловых устройств.
Многие существующие оптические устройства, включая жидкокристаллические дисплеи (LCD), полагаются на длинные игольчатые молекулы, выровненные в одном направлении. Однако добиться ориентации волокон в нескольких направлениях на одном устройстве гораздо сложнее.
Нанокристаллическая целлюлоза — это нановолокна из одноосно ориентированных молекулярных цепей целлюлозы, обладающие разными оптическими и теплопроводящими свойствами вдоль одного направления по сравнению с другим.
В новом исследовании наноцеллюлозу получили из морских ананасов, разновидности асцидий. Затем ученые использовали жидкофазное 3D-паттернирование, сочетающее мокрое прядение нановолокон с точностью 3D-печати. Специальный трехосевой робот наносил водную суспензию наноцеллюлозы в коагуляционную ванну с ацетоном.
«Мы разработали эту технику жидкофазного трехмерного паттернирования, чтобы обеспечить ориентацию наноцеллюлозы вдоль любой предпочтительной оси», — говорит первый автор Кодзиро Уэтани. Направление паттернов можно было запрограммировать, например, для формирования шахматного узора из вертикально и горизонтально ориентированных волокон.
Для демонстрации метода пленку поместили между двумя ортогональными поляризационными пленками. При правильных условиях наблюдения появлялся двулучепреломляющий шахматный узор. Также были измерены свойства теплопередачи и оптического запаздывания.
«Наши результаты могут способствовать разработке оптических материалов следующего поколения и бумажной электроники, — говорит старший автор Масая Ноги. — Это может стать началом методов снизу вверх для создания сложных и энергоэффективных оптических и тепловых материалов».