Dans un rapport récemment publié dans Communication Nature , un groupe de recherche dirigé par le professeur agrégé Joel Yang de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) a imprimé probablement le plus petit modèle 3D coloré de la Tour Eiffel. Impressionnant, aucun pigment ou encre n'a été utilisé. Au lieu, le modèle imprimé en 3D de la Tour Eiffel, mesurant moins de la moitié de la largeur d'un cheveu humain à 39 micromètres, présente plusieurs couleurs en raison de la manière dont la lumière interagit avec les nanostructures qui soutiennent le modèle. Les modèles 3D sont constitués d'un maillage finement imprimé de polymère transparent, formant des cristaux photoniques. Ces conceptions pour la plupart creuses rétrécissent remarquablement en taille d'environ 5 fois lorsqu'elles sont chauffées pour produire une large gamme de couleurs.

Le professeur Yang a déclaré :« La communauté des chercheurs est très enthousiaste à l'idée de développer davantage des sources durables de couleurs qui ne sont pas extraites d'animaux ou de plantes. Et si les produits que nous fabriquons pouvaient dériver leur couleur par nano-texturation du matériau qu'ils lui-même est fait de ? Certains papillons et coléoptères ont évolué pour faire cela, peut-être pourrions-nous apprendre à le faire aussi. » Par rapport aux pigments et aux colorants basés sur la composition chimique, les couleurs structurelles sont à haute résolution, permanent, et respectueux de l'environnement.

Dans la nature, la coloration de certains papillons, charançons Pachyrhynchus, et de nombreux caméléons sont des exemples notables d'organismes naturels utilisant des cristaux photoniques pour produire des motifs colorés. Les structures cristallines photoniques reflètent des couleurs vives avec des teintes dépendantes de leurs constantes de réseau. Pour refléter des couleurs vives, les constantes de réseau d'un cristal photonique doivent être suffisamment petites. Par exemple, la constante de réseau n'est que d'environ 280 nm sur les ailes de papillon, ce qui donne une teinte bleue. En raison de la limitation de la résolution d'impression 3D actuelle, c'est un défi d'imprimer des couleurs et des formes arbitraires dans les trois dimensions à cette échelle de longueur microscopique.

Pour atteindre la dimension requise de constantes de réseau comparables aux échelles papillon, les chercheurs du groupe du professeur Yang ont utilisé une méthode de "coloration par rétrécissement" qui introduit une étape de chauffage additif pour rétrécir les cristaux photoniques imprimés à l'aide d'un système commercial de lithographie par polymérisation à deux photons, c'est-à-dire la Nanoscribe GmbH Photonic Professional GT. Le professeur Yang a ajouté :« Le défi consiste à réduire les structures à ces dimensions nanoscopiques sans les faire fusionner en une goutte. En modelant des structures plus grandes, et les rétrécissant plus tard, nous avons produit des structures qui n'auraient pas pu être imprimées directement avec des méthodes standard." En effet, les lignes répétitives des structures de tas de bois ont été réduites à 280 nm, presque 2 fois plus petit que les spécifications de la machine. Comme effet secondaire bonus du rétrécissement, l'indice de réfraction du polymère réticulé a augmenté dans le processus de chauffage, ce qui profite en outre à la génération de couleurs.

La tour Eiffel en couleur a démontré la capacité d'imprimer des objets couleur 3-D arbitraires et complexes au niveau microscopique en utilisant la méthode "coloration par rétrécissement". Avec la liberté de concevoir des cristaux photoniques 3D qui sont rétrécis pour s'adapter à des couleurs spécifiques, cette technologie serait largement applicable pour réaliser des composants optiques compacts et des circuits photoniques 3-D intégrés fonctionnant dans la région visible.