不用一滴油墨，就能還原美麗世界，你相信嗎？2月7日，從西湖大學獲悉，西湖大學仇旻團隊近日在最新一期Nature Communications以“High-speed laser writing of structural colors for full-color inkless printing”為題解密相關工作。

該團隊用由氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料組成的復合薄膜作為特殊“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的產業(yè)化應用提供了新思路。

打印機是環(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)性的有害物質和元素。打印機工作時，碳粉也會釋放出大量可被人體吸收的微顆粒。

超快激光在復合陶瓷薄膜表面進行著色原理示意圖

如何擺脫“有墨”打?。看饲?，各國科學家進行了大膽嘗試——利用超快激光在材料表面制造微納結構以產生結構色的方案，即超快激光彩色打印技術。

在這種技術中，光（激光）是“筆”，也是特殊結構“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，并實現(xiàn)顏色不隨觀察角度變化而變化？

過去一年，西湖大學仇旻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合陶瓷薄膜，并最終在超快激光彩色打印技術上實現(xiàn)關鍵性突破。

利用該項技術打印的圖案

該項技術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，將調控對自然光的吸收；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，仇旻團隊還研發(fā)了“筆”的另一種用法。這支筆，依然是激光，不過在他們的技術中，這支筆不再直接在物品表面創(chuàng)造結構，而是將在陶瓷薄膜紙上進行“雕刻”。

據悉，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，仇旻實驗室發(fā)明的“飛秒激光無墨彩打”技術，已實現(xiàn)了接近90%的RGB標準顏色系統(tǒng)，遠超當前主流的激光著色技術。

在打印速度方面，該技術達到了創(chuàng)紀錄的10cm2/s。這意味著一張A4紙，可以在1分鐘內實現(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，并進行了光漂白、附著力等實驗，但“飛秒激光無墨彩打”的作品仍然“歷久彌新”。

審核編輯 ：李倩