西湖大學(xué)實(shí)現(xiàn)“飛秒激光無墨彩打”

不用一滴油墨，就能還原美麗世界，你相信嗎？2月7日，從西湖大學(xué)獲悉，西湖大學(xué)仇旻團(tuán)隊(duì)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。

該團(tuán)隊(duì)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)用提供了新思路。

打印機(jī)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(jī)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(jī)工作時，碳粉也會釋放出大量可被人體吸收的微顆粒。

超快激光在復(fù)合陶瓷薄膜表面進(jìn)行著色原理示意圖

如何擺脫“有墨”打?。看饲?，各國科學(xué)家進(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，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(shí)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(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，并最終在超快激光彩色打印技術(shù)上實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性突破。

利用該項(xiàng)技術(shù)打印的圖案

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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(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。

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)。

在打印速度方面，該技術(shù)達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的10cm2/s。這意味著一張A4紙，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，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(jìn)行了光漂白、附著力等實(shí)驗(yàn)，但“飛秒激光無墨彩打”的作品仍然“歷久彌新”。

審核編輯 ：李倩