背景介绍
色彩是自然界中生物进化和生存所不可或缺的，由色素、荧光物质或规则结构与光发生衍射、干涉或散射产生。其中，结构色源于亚微米周期结构与特定波长的光相互作用，包括选择性反射和双折射材料的显色偏振。与色素和荧光发光相比，结构着色具有环境耐受性且不需外界能源。单轴取向的各向异性材料在垂直和平行取向方向有不同折射率，两种光干涉产生的相位差δ=2?d?n/λ。其中为相位差δ，d为材料厚度，?n为双折射率，λ为入射光波长。
纤维素纳米晶须（CNC）是一种各向异性材料，具有可再生、来源丰富广泛、独特的光学性能和优异的力学性能。在一定浓度下CNC能自组装形成胆甾型液晶。尽管基于自组装胆甾型液晶的CNC彩色光学材料的制备取得了很大的进展，但自组装时间长、多域彩虹缺陷、高浓度要求、静态光学性质等问题限制其大规模生产和广泛应用。在剪切力的作用下，CNC实现从胆甾型液晶向向列型液晶转变，在偏光场下显示均匀单一的干涉色。3D打印是一种可编程制造技术，通过打印喷头的剪切力将各向异性的纳米颗粒进行单向排列。由于其再现性好、复杂形状塑造能力强、方向可定制性、快速高效等优势，通过3D打印组装CNCs材料常用于纳米复合材料增强、生物医学等领域。
近日，武汉大学常春雨副教授课题组利用单一CNC基墨水通过3D打印技术制备彩色图案化光学水凝胶。3D打印墨水由光聚合单体、交联剂、引发剂和棒状CNC构成。通过改变打印方向和打印层数，对光学水凝胶图案的辉度差和色差进行数字化控制。该工作提供了一种利用可持续材料实现彩色图案化打印的策略，该方法简便快速、可重复性强、图案精度高、可大规模生产。打印图案仅在偏振场下可见，展示其在光学器件、防伪、信息隐藏和传递中的潜在应用。
图文解读
图1.(a)利用CNC墨水打印光学水凝胶示意图。(b-d)CNC墨水的流变性质。如图1a所示，棒状CNC经过3D打印针头，经剪切取向按固定方向排列，赋予水凝胶光学各向异性和明显双折射现象。引发单体聚合后形成的高分子交联网络结构固定CNC取向排列结构。图1b-d示出CNC墨水的剪切变稀行为和动/静态转变过程中模量瞬时回复能力，显示其可打印性质。
图2.聚丙烯酰胺水凝胶（a，d）和3D打印CNC/聚丙烯酰胺复合水凝胶（b-c，e-f）微观形貌。与样品打印方向平行(a-c)和垂直(d-f)的截面图。
由图2打印水凝胶的截面可知，不含CNC时水凝胶两个方向截面均呈现无序多孔结构，无明显取向。而3D打印CNC基水凝胶出现管状多孔结构，具有明显的方向性。
图3.通过改变打印方向打印带有(a-c)太极图案和(d-f)
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