Forskere demonstrerer farveudskrivning uden blæk med nanomaterialer

Forskere ved Missouri University of Science and Technology giver begrebet "læs det med småt" ny mening med deres demonstration af en farveudskrivningsproces ved hjælp af nanomaterialer.

I dette tilfælde, udskrivningsfunktionerne er meget fine-kun synlige ved hjælp af et kraftfuldt elektronmikroskop.

Forskerne beskriver deres "no-ink" udskrivningsmetode i det seneste nummer af Nature Publishing Group journal Videnskabelige rapporter og illustrere deres teknik ved at gengive Missouri S&T atletisk logo på en nanometer-skala overflade. Et nanometer er en milliarddel af en meter, og nogle nanomaterialer er kun få atomer i størrelse.

Metoden beskrevet i Videnskabelige rapporter artikel "Strukturel farveudskrivning baseret på plasmoniske metaoverflader med perfekt lysabsorbering" indebærer brug af tynde sandwiches af nanometer-metal-dielektriske materialer kendt som metamaterialer, der interagerer med lys på måder, der ikke ses i naturen. Eksperimenterer med samspillet mellem hvidt lys på sandwichlignende strukturer, eller plasmoniske grænseflader, forskerne udviklede det, de kalder "en enkel, men effektiv strukturel farveudskrivningsplatform" på nanometer-niveau. De mener, at processen giver løfte om fremtidige applikationer, herunder visuel kunst i nanoskala, sikkerhedsmærkning og opbevaring af oplysninger.

Forskernes trykflade består af en sandwichlignende struktur, der består af to tynde sølvfilm adskilt af en "spacer" film af silica. Det øverste lag af sølvfilm er 25 nanometer tykt og punkteres med små huller skabt af en mikrofabrikationsproces kendt som fokuseret ionstrålefræsning. Det nederste lag af sølv er fire gange tykkere end det øverste lag, men stadig minimalt ved 100 nanometer. Mellem de øverste og nederste film ligger et 45-nanometer silica dielektrisk afstandsstykke.

Forskerne lavede en nedskaleret skabelon af det atletiske logo og borede små perforeringer ud på det øverste lag af metamaterialestrukturen. Under et scannende elektronmikroskop, skabelonen ligner et nålepunktsmønster på logoet. Forskerne strålede derefter lys gennem hullerne for at skabe logoet uden blæk - kun interaktionen mellem materialer og lys.

Ved at justere hullets størrelse på det øverste lag, lys ved den ønskede frekvens blev strålet ind i materialet med en perfekt absorption. Dette tillod forskere at skabe forskellige farver i det reflekterede lys og derved nøjagtigt gengive S&T atletisk logo med nanoskala farvepaletter. Forskerne justerede yderligere hullerne for at ændre logoets officielle grønne og guldfarveskema til at introducere fire nye farver (et orange ampersand, magenta "S" og "T, "cyan hakke -symbol og marineblå" Missouri ").

"At gengive et farverigt kunstværk med vores farvepaletter i nanoskala, vi erstattede forskellige områder i det originale billede med forskellige nanostrukturer med angivne hulstørrelser for at repræsentere forskellige synlige farver, "siger Dr. Xiaodong Yang, en adjunkt ved Missouri S&T, der leder Nanoscale Optics Laboratory i universitetets afdeling for mekanik og rumfartsteknik. "Vi valgte det atletiske logo til at opfylde det behov."

"I modsætning til udskrivningsprocessen for en inkjet- eller laserjetprinter, hvor der anvendes blandede farvepigmenter der bruges ikke farveblæk i vores strukturelle trykproces - kun forskellige hulstørrelser på et tyndt metallisk lag, "siger Dr. Jie Gao, en assisterende professor i mekanik og rumfartsteknik ved Missouri S&T og medforfatter af papiret.

I deres papir, forfatterne bemærker, at processen resulterede i "rene farver med høj lysstyrke" med lidt behov for beskyttende belægninger. Forskerne mener, at processen kan føre til "højtydende, pigmentfri farveudskrivning og relevante applikationer såsom sikkerhedsmærkning og informationslagring. "