無須“著墨” 繪就萬千
我科學(xué)家團隊實現(xiàn)“飛秒激光無墨彩打”關(guān)鍵技術(shù)突破
光明日報記者 晉浩天 光明日報通訊員 徐 珊
(相關(guān)資料圖)
直徑2英寸,手感輕如蟬翼;圖案包含13種色彩,未用到一滴油墨;肉眼色彩飽滿,也將持久閃耀……去年夏天,當(dāng)每一位西湖大學(xué)首屆本科生打開錄取通知書禮盒時,都會留意到這幅別致的“科學(xué)見面禮”晶圓片小畫。
而事實上,半年前的這次登場,僅僅是科學(xué)家們牛刀初試的作品。近日,這項技術(shù)終于完整問世——西湖大學(xué)仇旻團隊在最新一期《自然通訊》以《激光快速直寫結(jié)構(gòu)色實現(xiàn)全色彩無油墨打印》為題解密相關(guān)工作,他們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)用提供新思路。
“偷師”大自然:結(jié)構(gòu)色應(yīng)用于無墨打印
“打印機是環(huán)境污染的重要來源之一。有研究表明,在一個密閉的房間內(nèi),當(dāng)打印機工作時,空氣中懸浮微粒的數(shù)量會比平時高5倍。”仇旻介紹。
如何擺脫“有墨”?人類又一次向大自然“偷師”。
你還記得,近距離欣賞蝴蝶或昆蟲的彩色翅膀,或者觀察鳥類多彩羽毛的時候嗎?你以為它們絢麗的色彩源于體內(nèi)的色素(化學(xué)色),但實際上,這是結(jié)構(gòu)色(物理色)的杰作。當(dāng)光照射在細微處大量有序結(jié)構(gòu)上,會發(fā)生折射、漫反射、衍射或干涉等反應(yīng),由此就會產(chǎn)生顏色,這個過程其實并沒有用到“顏料”。
那么,我們是否可以效仿大自然,把結(jié)構(gòu)色應(yīng)用在無墨打印上?
科學(xué)家們進行了大膽嘗試——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,激光是“筆”。比如,你身邊各類傳統(tǒng)的防偽碼紙面,就是應(yīng)用了激光誘導(dǎo)自組織納米光柵產(chǎn)生的彩虹色,它在防偽方面有一定的應(yīng)用價值,但不能產(chǎn)生指定顏色的圖案。也就是說,盡管科學(xué)家們進行了各種探索和嘗試,但或多或少都存在“缺憾”。如何拓寬超快激光彩色打印的色域,并實現(xiàn)顏色不隨觀察角度變化,成為當(dāng)前激光著色技術(shù)研究需突破的關(guān)鍵問題。
過去一年來,西湖大學(xué)納米光子學(xué)與儀器技術(shù)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,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)絲的千分之一。仇旻介紹,這種“紙”分為三層:研究人員在單晶硅襯底上先后鍍50納米的氮化鈦和60納米的氮化鋁鈦,由于氮化鈦和氮化鋁鈦的硬度較大,它們被稱為陶瓷材料。第一層,也就是自上而下的最底層,是呈金屬性的氮化鈦,它將作為光的反射層——作用是阻擋光線穿透,并增加亮度。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——當(dāng)超快激光作用于氮化鋁鈦表面,會額外形成一層以氧化鋁為主的透明薄膜,它將和氮化鋁鈦一起,調(diào)控所吸收的自然光。
同時,仇旻團隊研發(fā)了“筆”的另一種用法——激光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”。激光將投在薄膜上,通過控制入射激光的能量或掃描速度,便可同時改變氧化膜(氧化鋁)和氮化鋁鈦膜的厚度;在厚度改變后,入射的自然光將通過三層膜結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜干涉效應(yīng),形成特定的反射顏色。豐富多彩的顏色就此成型。
隨后,研究人員利用多種技術(shù)手段如能量色散X射線、X射線衍射等對激光著色的區(qū)域進行材料分析,證實觀察到的色彩來自激光誘導(dǎo)形成的氧化層。他們研發(fā)的“紙”與“筆”,終于實現(xiàn)了理想中的激光彩色無墨打印。
呈現(xiàn)世界:多彩、高效、歷久彌新
研究團隊發(fā)現(xiàn),利用氮化鈦和氮化鋁鈦做成的“特殊紙張”,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。
比如寬色域。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)。研究人員解釋道,與此前的“激光誘導(dǎo)不銹鋼表面形成氧化薄膜”傳統(tǒng)激光著色方案相比,他們的激光誘導(dǎo)復(fù)合薄膜氧化,將可同時改變氧化膜(氧化鋁)和氮化鋁鈦膜的厚度,多了一個自由度,從而獲得了更寬的色域。
比如高速、高分辨。該技術(shù)可同時實現(xiàn)高速度和高分辨的全彩色無油墨打印。這意味著一張A4紙張,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,研究人員展示了10000dpi的彩色打印,超出傳統(tǒng)油墨打印的最高分辨率10倍以上。
比如色彩“歷久彌新”。研究人員進行了一系列破壞性實驗,但“飛秒激光無墨彩打”作品仍然“歷久彌新”。這是因為氮化鋁鈦表面形成的致密氧化鋁膜,起到了很好的防護層作用。經(jīng)過一系列國家標(biāo)準(zhǔn)的抗老化測試,研究人員進一步證實激光在氮化鋁鈦上誘導(dǎo)形成的顏色色差仍小于7,完全符合工業(yè)化應(yīng)用的需求。
《光明日報》( 2023年02月12日?04版)
關(guān)鍵詞: 西湖大學(xué)
凡注有"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門戶"或電頭為"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門戶"的稿件,均為環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門戶獨家版權(quán)所有,未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載或鏡像;授權(quán)轉(zhuǎn)載必須注明來源為"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門戶",并保留"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門戶"的電頭。
- 無須“著墨” 繪就萬千-全球快播2023-02-12
- 今日視點:尋龍?zhí)斓亻g2023-02-12
- 焦點速讀:為什么有的人鼻毛都長“竄”出來2023-02-12
- 到了絕經(jīng)期,最后一次月經(jīng)的表現(xiàn)是什么?502023-02-12
- 女人大姨媽剛走,別著急做3件事,若忍不住2023-02-12
- 每日焦點!頸部靜脈曲張怎么辦_頸部靜脈曲2023-02-12
- 紫砂茶杯_關(guān)于紫砂茶杯的基本詳情介紹 微2023-02-12
- 全球快看點丨搶抓農(nóng)時萬象“耕”新 全國冬2023-02-11
- 我國以“三提升”“兩促進”舉措大力推進兒2023-02-11
- 首款國產(chǎn)3CL新冠創(chuàng)新藥上市投產(chǎn) 將陸續(xù)供2023-02-11
- 【全球新要聞】【地評線】中安時評:“圓夢2023-02-11
- 【地評線】飛天網(wǎng)評:以民生“壓艙石”助力2023-02-11
- 實時焦點:女足球員網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)帖稱家中遭強2023-02-11
- 林子祥兒子參加變形計_林子祥兒子2023-02-11
- 每日熱議!擔(dān)心長期咳嗽引發(fā)肺炎?4個止咳妙2023-02-11
- 新疆5年新改建農(nóng)村公路5.8萬公里 環(huán)球快看點2023-02-11
- 新華全媒+·強信心·開新局丨重慶:打造多2023-02-11
- 1月中國汽車經(jīng)銷商庫存系數(shù)為1.80 視焦點訊2023-02-11
- 世界時訊:中央氣象臺:中東部有大范圍雨雪2023-02-11
- 【世界播資訊】強信心·開新局丨優(yōu)環(huán)境 通2023-02-11
- 世界時訊:ChatGPT概念能“火”多久?2023-02-11
- 中國救援隊在土耳其共營救4名被困人員 搜2023-02-11
- 中國救援隊持續(xù)在土耳其展開救援行動 天天2023-02-11
- 每日速訊:厚積薄發(fā),穩(wěn)步向前——適合新手2023-02-11
- 開年首月新增信貸4.9萬億元 釋放經(jīng)濟加快2023-02-11
- 世界速遞!有關(guān)部門負責(zé)人就《商業(yè)銀行金融2023-02-11
- 綜述:生命不息 救援不止——多支中國救援2023-02-11
- 銀保監(jiān)會、人民銀行加強商業(yè)銀行金融資產(chǎn)風(fēng)2023-02-11
- qq飛車好友怎么送禮物-當(dāng)前看點2023-02-11
- 夢潔床品賦能品質(zhì)生活,高端戰(zhàn)略帶動家紡行2023-02-11
資訊
- 天天精選!夢見女友和別人結(jié)婚是什么意思?做夢夢到女友和別人結(jié)婚有什么預(yù)兆?
- 夢見跳懸崖是什么意思?做夢夢到跳懸崖有什么預(yù)兆?-環(huán)球新消息
- 夢見別人穿自己的鞋是什么意思?做夢夢見別人穿自己的鞋有什么寓意? 焦點消息
- 夢見打槍是什么意思?做夢夢到打槍有什么預(yù)兆?
- 夢見被吸血鬼咬是什么意思?夢見被吸血鬼咬有什么預(yù)兆?
- 周公解夢夢見坐公交車是什么意思?做夢夢到坐公交車有什么預(yù)兆?
- 環(huán)球關(guān)注:周公解夢夢見打針是什么意思?做夢夢到打針有什么預(yù)兆?
- 周公解夢夢見開車翻車是什么意思?做夢夢到開車翻車有什么征兆?-今日快訊
- 周公解夢夢見自己穿婚紗是什么意思?做夢夢到自己穿婚紗有什么預(yù)兆?-當(dāng)前觀點
- 周公解夢夢見自己生小孩是什么意思?做夢夢到自己生小孩有什么寓意? 快訊