目前，通過粉末燒結過程產生具有高色彩保真度的白色和彩色3D打印物體的過程受到打印過程中使用的熱敏劑的脫色的限制。在這里，研究人員通過使用可切換的光致變色氧化鎢納米粒子解決了這個問題，即使在高濃度下它們也無色。在紫外線照射下，氧化鎢納米粒子可以可逆地活化，使其在紅外線中具有很高的吸收率。

圖形摘要

近年來，出現了具有先進功能的新一代復合材料，它通過利用納米材料的獨特性能，在常規和先進制造領域開辟了動態新領域。最早用于3D打印材料的示例是通過將聚合物與陶瓷納米顆粒(nanoparticles, NPs) （例如氧化鋁和納米粘土共混來創建納米復合材料，以改善打印物體的機械性能。最近，碳納米材料，如碳納米棒、石墨烯和核-殼結構已被用于通過激光燒結改善3D打印的機械性能并通過各種方法產生導電物體。銀納米顆粒也已用于制造抗菌3D印刷品；金納米墨水已用于制造3D打印的電化學反應器以進行催化，壓電致動器和傳感器已使用BaTiO3 NP-聚合物納米復合材料印刷。

納米材料已顯示出可能破壞當前增材制造（AM）技術的另一個領域是控制物體的美學特性。傳統的3D打印是以單色打印的，并且之后必須上漆或染色。在此之前已經將不同顏色的粉末分級以產生“雙色調”效果進行了一些實驗，但這是一個繁瑣的過程，最近的研究集中在使用Hopkinson等人開發的使用“高速燒結”方法，在打印過程中將彩色墨水與熱敏墨水一起噴墨到粉末中。但是，這些印刷品的色彩保真度在很大程度上取決于所用增敏劑的性能。金納米棒(Gold nanorods, GNRs)可作為光熱敏化劑使用，可以使用低功率光源將聚合物粉末快速燒結成3D對象，而不會顯著改變其美學特性。通過調節金屬的共振吸收來實現。

GNR進入近紅外（NIR），僅在可見光中留下微弱的吸收。盡管這項研究顯示出優異的結果，但使用金納米棒作為光熱敏化劑仍存在一些缺點。GNR在燒結新型高性能聚合物（例如PEEK）（熔化溫度343 C））所需的極高溫度下不穩定，但至關重要的是，GNR本質上在可見光譜范圍內吸收較弱，這會影響高濃度使用時的印刷品著色，對可使用的GNR數量施加了固有限制，而不會影響印刷對象的色純度。實際上，對于幾乎所有用于光熱研究的等離子體吸收器，這都是一個問題，因為它們在可見光中的吸收尾部在大量存在NP時變得很重要。

為了在3D打印中達到較高的色純度，我們假設不使用永久性吸收體來產生熱量，而是使用可切換吸收體使我們可以打印出具有很高色純度和白度的對象。這一點很重要，因為強烈著色的粉末會限制印刷品的色域，這會對印刷品的條形碼和美學和應用產生負面影響。這只有當需要它們來促進光熱燒結時，它們才具有強的光吸收特性，否則它們將是透明的。本質上，這些可切換的吸收體將用作可編程元件，在3D打印過程中，最好對它們進行編程，以光學方式進行編程，以將其打開并用作光熱敏化劑，而隨后將其關閉。為此，研究人員尋求使用光致變色材料，其吸收可以通過外部光學刺激來改變。

來自西班牙巴塞羅那光子科學研究所的研究人員2020年4月27日在Nano Letters上發表了了一種新的敏化劑的使用，該敏化劑已被證明可以輕松克服上述問題。

▲圖1.（a）紫外線照射20 s前后GNR，炭黑和WO3納米晶體的吸收圖。為了清楚起見，還顯示了包含每種材料的濃縮溶液的小瓶的照片。（b）808 nm激光通過WO3溶液的透射，同時樣品被紫外線激發。插圖顯示了WO3 NP的TEM圖像；比例尺代表20 nm。（c）照射前后粒子的拉曼光譜。在光照之前（d）和光照之后（e），來自WO3 NC的W 4f核心能級的XPS光譜。

在他們的研究中，研究人員報告了使用由氧化鎢制成的納米粒子作為聚合物粉末的光熱敏化劑。這些納米粒子包含低成本元素，這使其易于制造且廉價。它們在高濃度下是無色的，并且在近紅外區域具有很強的吸收性，證明了它們能夠以快速的速度將光轉化為熱量，因此使其成為快速的定影劑。此外，可以通過電或紫外線有效地打開或關閉它們。甚至，它們在非常高的溫度下也很穩定，并且與其他可用的敏化劑相比，其顯示的變色率更高。最后，當與其他彩色墨水混合時，這些納米粒子已經能夠再現與原始粉末相同的色調，從而保持了原始樣品的顏色純度。

▲圖2. 激光燒結樣品的含量為0.08％（重量）。CB-PA12粉末（a），1％wt。WO3-PA12粉末（b），和0.03重量％。GNR-PA12粉末。樣品是帶有空心字母的燒結矩形。（選擇濃度以提供相等的熱量）。（d）將不同濃度的彩色墨水滴到三種粉末上的照片，突出了NP吸收對每種原色的影響。

該研究結果為等離激元納米粒子的使用開辟了一條新途徑，可用于為高級制造工藝生產高顏色質量的3D多色物體。

本文來源：Alexander W. Powell et al. On-Demand Activation of Photochromic Nanoheaters for High Color Purity 3D Printing, Nano Letters (2020).