如果某人有一个“硬壳但软中心”，这通常被认为是一个吸引人的性格特征。但对于高分子化学教授Markus Gallei和他的博士生Lukas Siegwardt来说，吸引力在于创造具有硬中心和软壳的称为“完美粒子”的物体。

术语“完美颗粒”用于指大小和形状相同的颗粒。Siegwardt和Gallei现在已经对这些起始材料进行了修改，这些材料通常由聚苯乙烯或聚丙烯酸乙酯等常见聚合物制成，因此现在可以在3D打印机中加工它们 - 这是迄今为止不可能实现的。

自2001年以来，人工制造显示结构颜色的材料的方法已经存在，但仅限于几分之一毫米厚的超薄膜。“传统上，这些材料已经在工业压力机或卷膜设备中加工，以生产可以改变颜色的聚合物薄膜，”Gallei教授解释说。

薄膜的颜色可以通过多种方式改变，例如拉动材料，对其施加电压，改变温度或改变pH值，仅举几例。“你基本上可以根据需要控制材料的颜色，”Markus Gallei说。这种结构色的两大优点是它们完全无害 - 与许多传统的染料颜料不同 - 并且它们永远不会褪色。

此外，这些材料几乎是无限可变形的，直到最近，它们只能作为超薄膜生产这一事实受到限制。如果这些材料可以塑造成3D物体，它们可以用于广泛的应用，例如防伪技术或多功能测量传感器，仅举两个潜在的未来用途。可以制造颗粒，使其具有高度特定的特性，同时也易于成型。

卢卡斯·西格沃特(Lukas Siegwardt)通过拉动约五厘米长的印刷测试样品来展示材料的变色龙性质。当他拉动时，物体的颜色逐渐从红色变为蓝色。“所以你可以看到这种材料已经可以作为一个简单的传感器，可以对拉伸和压缩力做出反应，”Siegwardt解释说。

为了理解潜在的化学性质，我们需要回到前面提到的标准聚合物的那些“完美颗粒”。这些在商业上以白色，粘性粉末的形式提供，送入工业印刷机，或者现在更频繁地送入3D打印机。

“在打印过程中，颗粒排列成规则的图案，这些图案将根据颗粒之间的间距具有不同的颜色，”Markus Gallei解释说。

单个颗粒的软壳融化以产生围绕硬核的可流动质量。拉动物体会改变各个核心粒子之间的距离，颜色也会相应变化。坚硬的完美粒子在柔软的周围介质中移动，并排列成新的图案。Markus Gallei将这种分子水平的重排解释为“从单个颗粒之间挤压蜂蜜”。

改变这些微小粒子之间的距离会改变材料与可见光相互作用的方式，从而改变我们观察到的颜色。

但是为3D打印准备这些材料涉及Lukas Siegwardt的大量实验室工作。“我修改了材料，以便它可以实际打印出来。我花了几个月的时间才找到正确的成分和正确的配方，“Siegwardt说。在这个过程中，有两个棘手的螺母需要破解。首先，Siegwardt必须修改粉末状原料的流动特性，以便颗粒不会堵塞打印机的喷嘴，并且可以尽可能少地残留材料。

“第二个问题是材料的热性能。在工业压力机中，起始材料必须承受约120°C。 但是在3D打印机中，材料的温度为140°C，有时甚至高达200°C，“Siegwardt在解释对材料的要求时说。“在那几个月里，我测试的许多材料根本无法胜任这项工作，”他回忆道。但他的坚持得到了回报，他终于找到了正确的配方。

由于他们的努力，萨尔大学的两位研究科学家已经建立了一种方法，可用于为这些闪闪发光的结构彩色物体开发新的实际应用。这一切都归结为一个软壳和一个硬核。

该研究发表在《先进功能材料》杂志上。