無(wú)須“著墨” 繪就萬(wàn)千
我科學(xué)家團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)“飛秒激光無(wú)墨彩打”關(guān)鍵技術(shù)突破
光明日?qǐng)?bào)記者 晉浩天 光明日?qǐng)?bào)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(kāi)錄取通知書(shū)禮盒時(shí),都會(huì)留意到這幅別致的“科學(xué)見(jiàn)面禮”晶圓片小畫(huà)。
而事實(shí)上,半年前的這次登場(chǎng),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(wèn)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(xiě)結(jié)構(gòu)色實(shí)現(xiàn)全色彩無(wú)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(wú)墨彩打”,為激光無(wú)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(wú)墨打印
“打印機(jī)是環(huán)境污染的重要來(lái)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(huì)比平時(shí)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(chóng)的彩色翅膀,或者觀察鳥(niǎo)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(huì)發(fā)生折射、漫反射、衍射或干涉等反應(yīng),由此就會(huì)產(chǎn)生顏色,這個(gè)過(guò)程其實(shí)并沒(méi)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(wú)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(shuō),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(wèn)題。
過(guò)去一年來(lái),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(guò)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(duì)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(huì)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(guò)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(guò)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(duì)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(lái)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(wú)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?,可以?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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的抗老化測(cè)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。
《光明日?qǐng)?bào)》( 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(mén)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(mén)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(mén)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(lái)源為"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門(mén)戶",并保留"環(huán)球傳媒網(wǎng) - 環(huán)球資訊網(wǎng) - 環(huán)球生活門(mén)戶"的電頭。
- 無(wú)須“著墨” 繪就萬(wàn)千-全球快播2023-02-12
- 今日視點(diǎn):尋龍?zhí)斓亻g2023-02-12
- 焦點(diǎn)速讀:為什么有的人鼻毛都長(zhǎng)“竄”出來(lái)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(diǎn)!頸部靜脈曲張?jiān)趺崔k_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(diǎn)丨搶抓農(nóng)時(shí)萬(wàn)象“耕”新 全國(guó)冬2023-02-11
- 我國(guó)以“三提升”“兩促進(jìn)”舉措大力推進(jìn)兒2023-02-11
- 首款國(guó)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(píng)線】中安時(shí)評(píng):“圓夢(mèng)2023-02-11
- 【地評(píng)線】飛天網(wǎng)評(píng):以民生“壓艙石”助力2023-02-11
- 實(shí)時(shí)焦點(diǎn):女足球員網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)帖稱家中遭強(qiáng)2023-02-11
- 林子祥兒子參加變形計(jì)_林子祥兒子2023-02-11
- 每日熱議!擔(dān)心長(zhǎng)期咳嗽引發(fā)肺炎?4個(gè)止咳妙2023-02-11
- 新疆5年新改建農(nóng)村公路5.8萬(wàn)公里 環(huán)球快看點(diǎn)2023-02-11
- 新華全媒+·強(qiáng)信心·開(kāi)新局丨重慶:打造多2023-02-11
- 1月中國(guó)汽車經(jīng)銷商庫(kù)存系數(shù)為1.80 視焦點(diǎn)訊2023-02-11
- 世界時(shí)訊:中央氣象臺(tái):中東部有大范圍雨雪2023-02-11
- 【世界播資訊】強(qiáng)信心·開(kāi)新局丨優(yōu)環(huán)境 通2023-02-11
- 世界時(shí)訊:ChatGPT概念能“火”多久?2023-02-11
- 中國(guó)救援隊(duì)在土耳其共營(yíng)救4名被困人員 搜2023-02-11
- 中國(guó)救援隊(duì)持續(xù)在土耳其展開(kāi)救援行動(dòng) 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(kāi)年首月新增信貸4.9萬(wàn)億元 釋放經(jīng)濟(jì)加快2023-02-11
- 世界速遞!有關(guān)部門(mén)負(fù)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(guó)救援2023-02-11
- 銀保監(jiān)會(huì)、人民銀行加強(qiáng)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(diǎn)2023-02-11
- 夢(mèng)潔床品賦能品質(zhì)生活,高端戰(zhàn)略帶動(dòng)家紡行2023-02-11
- 茅臺(tái)酒有著很多的優(yōu)勢(shì) 茅臺(tái)酒優(yōu)勢(shì)匯總
- 深圳高樓排名前十 深圳高樓排名前十的建筑是哪些?
- 旅游利好業(yè)龍頭股有什么 旅游利好業(yè)龍頭股分享
- 天津公租房申請(qǐng)條件 天津公租房申請(qǐng)條件是什么?
- 水貂養(yǎng)殖技術(shù) 水貂養(yǎng)殖技術(shù)是什么?
- 桐城派三祖介紹 桐城派三祖的寫(xiě)作風(fēng)格
- 養(yǎng)老金是什么 養(yǎng)老金能取出來(lái)嗎?
- 火把節(jié)的由來(lái) 火把節(jié)的由來(lái)簡(jiǎn)介
- 上海好玩的地方 上海好玩的地方有哪些?
- 股權(quán)投資基金托管是什么 股權(quán)投資基金托管簡(jiǎn)介
資訊
- 天天精選!夢(mèng)見(jiàn)女友和別人結(jié)婚是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到女友和別人結(jié)婚有什么預(yù)兆?
- 夢(mèng)見(jiàn)跳懸崖是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到跳懸崖有什么預(yù)兆?-環(huán)球新消息
- 夢(mèng)見(jiàn)別人穿自己的鞋是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)別人穿自己的鞋有什么寓意? 焦點(diǎn)消息
- 夢(mèng)見(jiàn)打槍是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到打槍有什么預(yù)兆?
- 夢(mèng)見(jiàn)被吸血鬼咬是什么意思?夢(mèng)見(jiàn)被吸血鬼咬有什么預(yù)兆?
- 周公解夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)坐公交車是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到坐公交車有什么預(yù)兆?
- 環(huán)球關(guān)注:周公解夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)打針是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到打針有什么預(yù)兆?
- 周公解夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)開(kāi)車翻車是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到開(kāi)車翻車有什么征兆?-今日快訊
- 周公解夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)自己穿婚紗是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到自己穿婚紗有什么預(yù)兆?-當(dāng)前觀點(diǎn)
- 周公解夢(mèng)夢(mèng)見(jiàn)自己生小孩是什么意思?做夢(mèng)夢(mèng)到自己生小孩有什么寓意? 快訊
焦點(diǎn)
- 我國(guó)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(huì)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(guò)程
- 美國(guó)失業(yè)率高不高 美國(guó)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(jiǎn)介
- 云南承諾旅游購(gòu)物30天無(wú)理由退貨 云南購(gòu)物30天無(wú)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(jiǎn)介
- 20國(guó)集團(tuán)的成員國(guó) 20國(guó)集團(tuán)的成員國(guó)有哪些國(guó)家?
- 美國(guó)宇航局向6月16日致敬 美國(guó)宇航局為什么會(huì)向6月16日致敬?
- 巴西和中國(guó)哪個(gè)發(fā)達(dá)一些 巴西和中國(guó)對(duì)比