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(shí),都會留意到這幅別致的“科學(xué)見面禮”晶圓片小畫。
(資料圖片)
而事實(shí)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(xiàng)技術(shù)終于完整問世——西湖大學(xué)仇旻團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然通訊》以《激光快速直寫結(jié)構(gòu)色實(shí)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(jìn)行微納加工,實(shí)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(jī)是環(huán)境污染的重要來源之一。有研究表明,在一個(gè)密閉的房間內(nèi),當(dāng)打印機(jī)工作時(shí),空氣中懸浮微粒的數(shù)量會比平時(shí)高5倍?!背饡F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(shí)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(shí)際上,這是結(jié)構(gòu)色(物理色)的杰作。當(dāng)光照射在細(xì)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(gè)過程其實(shí)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(jìn)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(jià)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(jìn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性突破。
該項(xiàng)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(shí),仇旻團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(shí)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(jìn)行材料分析,證實(shí)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(shí)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),利用氮化鈦和氮化鋁鈦?zhàn)龀傻摹疤厥饧垙垺保梢詫?shí)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(shí)驗(yàn)室發(fā)明的“飛秒激光無墨彩打”技術(shù),已實(shí)現(xiàn)了接近90%的RGB標(biāo)準(zhǔn)顏色系統(tǒng),遠(yuǎn)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(shí)改變氧化膜(氧化鋁)和氮化鋁鈦膜的厚度,多了一個(gè)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(shí)實(shí)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(shí)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(jìn)行了一系列破壞性實(shí)驗(yàn),但“飛秒激光無墨彩打”作品仍然“歷久彌新”。這是因?yàn)榈X鈦表面形成的致密氧化鋁膜,起到了很好的防護(hù)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(jìn)一步證實(shí)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。
(本報(bào)記者 晉浩天 本報(bào)通訊員 徐 珊)
關(guān)鍵詞: 研究人員
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(dú)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。
- 環(huán)球熱議:無須“著墨” 繪就萬千2023-02-12
- 天天速看:“就是要干一點(diǎn)別人沒干過的事”2023-02-12
- 世界通訊!今年永定河生態(tài)補(bǔ)水將超7億立方2023-02-12
- 中央氣象臺:南方地區(qū)降水后期減弱 中東2023-02-12
- 中國維和多功能工兵分隊(duì)出色完成“猛虎-2022023-02-12
- 送女生禮物的節(jié)日 世界快看點(diǎn)2023-02-12
- 緊急提醒!近期謹(jǐn)慎前往、暫勿前往! 全球2023-02-12
- 我國已進(jìn)入“長壽時(shí)代” 百歲老人有這三個(gè)2023-02-12
- 天天觀察:長壽時(shí)代!我國高齡老人生活滿意2023-02-12
- 中東部大范圍雨雪天氣上線 氣溫下滑明顯需2023-02-12
- 大型展會陸續(xù)啟幕 促進(jìn)會展產(chǎn)業(yè)發(fā)展2023-02-12
- ChatGPT要「干掉」的理財(cái)師?螞蟻財(cái)富卻在2023-02-12
- 中東部有大范圍雨雪天氣 冷空氣影響中東部2023-02-12
- 警方通報(bào)“柳州一醉酒男子摔打女子”:兩人2023-02-12
- 今日要聞!北京今晨至傍晚將有一次雨雪過程2023-02-12
- 首都機(jī)場:12日降雪會對機(jī)場運(yùn)行造成影響,2023-02-12
- 賺組詞的近義詞2023-02-12
- 重磅發(fā)布!“最嚴(yán)”銀行資產(chǎn)分類標(biāo)準(zhǔn)落地,2023-02-12
- 中疾控:預(yù)防HRSV病毒感染 這些知識你需要2023-02-12
- 遼寧丹東:冰雪游火了鄉(xiāng)村2023-02-12
- 中國旅行團(tuán)在肯尼亞受到熱烈歡迎 資訊推薦2023-02-12
- 天天播報(bào):??诎倌辍吧邩颉备〈核?/a>2023-02-12
- 環(huán)球短訊!ChatGPT火出圈!AIGC產(chǎn)業(yè)的投資2023-02-12
- 勞動爭議日趨復(fù)雜 各方權(quán)益依法保障2023-02-12
- 民宿酒店入住率爆滿 三亞錯峰游讓黃金周變2023-02-12
- 環(huán)球觀天下!全國工商聯(lián)報(bào)告顯示:民企綠色2023-02-12
- 山東女足隊(duì)員家遭強(qiáng)拆?官方通報(bào) 全球今頭2023-02-12
- 首款國產(chǎn)3CL新冠藥先諾欣今起供應(yīng)醫(yī)院2023-02-12
- 用工市場亮點(diǎn)多 全球簡訊2023-02-12
- “春風(fēng)”送崗穩(wěn)就業(yè)2023-02-12
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(diǎn)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(diǎn)
- 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
焦點(diǎn)
- 我國少數(shù)民族最多的省是哪個(gè)省?少數(shù)民族分布人口如何?
- 歐元集團(tuán)會議4日在盧森堡舉行 今年歐元區(qū)經(jīng)濟(jì)將放緩
- 迪拜最高建筑是什么 迪拜最高建筑建造過程
- 美國失業(yè)率高不高 美國失業(yè)率介紹
- 世界環(huán)保組織有幾個(gè)?世界環(huán)保組織簡介
- 云南承諾旅游購物30天無理由退貨 云南購物30天無理由退貨是真的嗎?
- 京阿尼第一工作室將拆除咋回事?京阿尼第一工作室簡介
- 20國集團(tuán)的成員國 20國集團(tuán)的成員國有哪些國家?
- 美國宇航局向6月16日致敬 美國宇航局為什么會向6月16日致敬?
- 巴西和中國哪個(gè)發(fā)達(dá)一些 巴西和中國對比