西湖大学实现“飞秒激光无墨彩打”

不用一滴油墨，就能还原美丽世界，你相信吗？2月7日，从西湖大学获悉，西湖大学仇旻团队近日在最新一期Nature Communications以“High-speed laser writing of structural colors for full-color inkless printing”为题解密相关工作。

该团队用由氮化钛和氮化铝钛这两种超硬陶瓷材料组成的复合薄膜作为特殊“纸张”，在其表面利用超快激光进行微纳加工，实现“飞秒激光无墨彩打”，为激光无油墨彩色打印技术的产业化应用提供了新思路。

打印机是环境污染的重要来源之一。目前，广泛使用的喷墨或激光彩色打印机需要大量使用墨水或碳粉。墨水中含有一定浓度的铅、镉、汞、多溴联苯等有挥发性的有害物质和元素。打印机工作时，碳粉也会释放出大量可被人体吸收的微颗粒。

超快激光在复合陶瓷薄膜表面进行着色原理示意图

如何摆脱“有墨”打印？此前，各国科学家进行了大胆尝试——利用超快激光在材料表面制造微纳结构以产生结构色的方案，即超快激光彩色打印技术。

在这种技术中，光（激光）是“笔”，也是特殊结构“画布”的“铸就”者。但其也存在打印色域较窄、对材料限制大、色彩抗磨损性能较差等问题。

如何使用激光打印更多颜色，并实现颜色不随观察角度变化而变化？

过去一年，西湖大学仇旻实验室的研究人员创新性地提出利用超快激光加工陶瓷复合陶瓷薄膜，并最终在超快激光彩色打印技术上实现关键性突破。

利用该项技术打印的图案

该项技术的核心首先在于他们发明了一种新颖的“纸”——厚度不过约110纳米、仅为头发丝千分之一。这种“纸”分为三层。

第一层，也就是自上而下的最底层，是呈金属性的氮化钛；第二层，是高损耗的氮化铝钛电介质，将调控对自然光的吸收；第三层，是最顶层的氧化铝。

由于氮化钛和氮化铝钛的硬度较大，它们被称为陶瓷材料，而这层“陶瓷”构成的如羽毛般轻盈的“纸”，将成为“外衣”，附着在需打印图样的物品之上。

同时，仇旻团队还研发了“笔”的另一种用法。这支笔，依然是激光，不过在他们的技术中，这支笔不再直接在物品表面创造结构，而是将在陶瓷薄膜纸上进行“雕刻”。

据悉，利用氮化钛和氮化铝钛这两种超硬陶瓷材料做成的“特殊纸张”，完全可以实现高速、高分辨、宽色域、大尺寸、观察角度不敏感、抗老化的全彩色无油墨激光打印。

目前，仇旻实验室发明的“飞秒激光无墨彩打”技术，已实现了接近90%的RGB标准颜色系统，远超当前主流的激光着色技术。

在打印速度方面，该技术达到了创纪录的10cm2/s。这意味着一张A4纸，可以在1分钟内实现全彩色的打印。在打印分辨率方面，也超出传统油墨打印的最高分辨率10倍以上。

此外，研究人员还在高温高湿环境测试了老化情况，在盐雾环境中测试了抗腐蚀性，并进行了光漂白、附着力等实验，但“飞秒激光无墨彩打”的作品仍然“历久弥新”。

审核编辑 ：李倩