不用一滴油墨,就能還原美麗世界,你相信嗎?2月7日,記者從西湖大學(xué)獲悉,西湖大學(xué)仇旻團隊近日在最新一期Nature Communications以“High-speed laser writing of structural colors for full-color inkless printing”為題解密相關(guān)工作。
超快激光在復(fù)合陶瓷薄膜表面進行著色原理示意圖 西湖大學(xué)供圖
仇旻實驗室研究人員利用該項技術(shù)打印的圖案 西湖大學(xué)供圖
該團隊用由氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料組成的復(fù)合薄膜作為特殊“紙張”,在其表面利用超快激光進行微納加工,實現(xiàn)“飛秒激光無墨彩打”,為激光無油墨彩色打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了新思路。
打印機是環(huán)境污染的重要來源之一。目前,廣泛使用的噴墨或激光彩色打印機需要大量使用墨水或碳粉。墨水中含有一定濃度的鉛、鎘、汞、多溴聯(lián)苯等有揮發(fā)性的有害物質(zhì)和元素。打印機工作時,碳粉也會釋放出大量可被人體吸收的微顆粒。
如何擺脫“有墨”打???此前,各國科學(xué)家進行了大膽嘗試——利用超快激光在材料表面制造微納結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的方案,即超快激光彩色打印技術(shù)。
在這種技術(shù)中,光(激光)是“筆”,也是特殊結(jié)構(gòu)“畫布”的“鑄就”者。但其也存在打印色域較窄、對材料限制大、色彩抗磨損性能較差等問題。
如何使用激光打印更多顏色,并實現(xiàn)顏色不隨觀察角度變化而變化?
過去一年,西湖大學(xué)仇旻實驗室的研究人員創(chuàng)新性地提出利用超快激光加工陶瓷復(fù)合陶瓷薄膜,并最終在超快激光彩色打印技術(shù)上實現(xiàn)關(guān)鍵性突破。
該項技術(shù)的核心首先在于他們發(fā)明了一種新穎的“紙”——厚度不過約110納米、僅為頭發(fā)絲千分之一。這種“紙”分為三層。
第一層,也就是自上而下的最底層,是呈金屬性的氮化鈦;第二層,是高損耗的氮化鋁鈦電介質(zhì),將調(diào)控對自然光的吸收;第三層,是最頂層的氧化鋁。
由于氮化鈦和氮化鋁鈦的硬度較大,它們被稱為陶瓷材料,而這層“陶瓷”構(gòu)成的如羽毛般輕盈的“紙”,將成為“外衣”,附著在需打印圖樣的物品之上。
同時,仇旻團隊還研發(fā)了“筆”的另一種用法。這支筆,依然是激光,不過在他們的技術(shù)中,這支筆不再直接在物品表面創(chuàng)造結(jié)構(gòu),而是將在陶瓷薄膜紙上進行“雕刻”。
據(jù)悉,利用氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料做成的“特殊紙張”,完全可以實現(xiàn)高速、高分辨、寬色域、大尺寸、觀察角度不敏感、抗老化的全彩色無油墨激光打印。
目前,仇旻實驗室發(fā)明的“飛秒激光無墨彩打”技術(shù),已實現(xiàn)了接近90%的RGB標(biāo)準(zhǔn)顏色系統(tǒng),遠超當(dāng)前主流的激光著色技術(shù)。
在打印速度方面,該技術(shù)達到了創(chuàng)紀(jì)錄的10cm?/s。這意味著一張A4紙,可以在1分鐘內(nèi)實現(xiàn)全彩色的打印。在打印分辨率方面,也超出傳統(tǒng)油墨打印的最高分辨率10倍以上。
此外,研究人員還在高溫高濕環(huán)境測試了老化情況,在鹽霧環(huán)境中測試了抗腐蝕性,并進行了光漂白、附著力等實驗,但“飛秒激光無墨彩打”的作品仍然“歷久彌新”。
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