華科大：超分子3D打印策略實現可修復、可回收的3D結構色物體的一步構筑

具有3D幾何形狀的結構色物體在光學設備、傳感、定制化裝飾等領域具有廣泛的應用前景。目前3D結構色物體的制備流程繁瑣，成型后通常需求后處理產生結構色。一步實現結構色的直接生成和三維結構的成型仍存在挑戰。

近期，華中科技大學化學與化工學院朱錦濤、張連斌教授團隊在3D結構色物體制備方面取得了進展。他們提出了一種通過墨水直寫打印（Direct Ink Writing, DIW）的方式，將由膠體粒子與聚合物組成的超分子膠體復合物直接打印一步構筑具有3D結構的結構色物體的方法（圖1）。該研究中，動態可逆的超分子相互作用的引入起到重要作用：i. 保證高體積分數的膠體粒子在聚合物基質中的均勻分散，從而有效保證結構色的直接產生；ii. 賦予超分子膠體復合物滿足DIW打印的流變性需求（觸變性、剪切變稀、合適的屈服應力）；iii. 賦予3D結構色物體可回收、可修復的特性，滿足定制化的需求，減少原材料的損耗；iv. 3D結構色物體的構筑可拓展到其他常用聚合物和膠體粒子的材料體系。該工作以“Supramolecular 3D Printing Enabling One-Step Generation of Healable and Recyclable Structurally Colored Objects"為題發表在《Advanced Functional Materials》上，文章的通訊作者是張連斌教授，第一作者是華中科技大學博士生胡振。該研究受到國家自然科學基金(52373075)和中央高校基本科研業務費 (HUST: 5003013129)資助。

作者通過將聚乙烯亞胺（PEI）與二氧化硅膠體粒子復合構筑超分子膠體復合物，通過DIW直接打印獲得具有復雜3D結構的結構色物體。超分子膠體復合物表現出滿足DIW打印的流變性需求：剪切變稀保證超分子膠體復合物打印過程中的連續擠出；合適的屈服應力保證復合物的層層堆疊構筑3D結構而不變形；觸變性保證超分子膠體復合物在擠出后能夠恢復固體流變行為；合適的打印溫度保證超分子膠體復合物能夠在較低的應力需求下連續擠出（圖2）。

基于超分子相互作用的多樣性和可調性，該研究的方法能夠適用于不同的聚合物與膠體粒子體系，用于構筑3D結構色物體（圖3）。超分子相互作用的動態可逆的特性賦予3D結構色物體可修復、可回收的性質，可以滿足定制化結構的構筑需求；打印獲得的的3D結構色物體可以回收重新獲得超分子膠體復合物，或閉環回收獲得相應的聚合物與膠體粒子（圖4）。